암은 우리 모두에게 영향을 미치고 있습니다.
특히 그것들은 계속해서 재발하고
높은 침습성과 약품에 내성을 가진 암은
심지어 최고의 약을 사용해도
치료가 듣지 않습니다.
분자단위로 아주 작은 단위에서 작동하는 공학 기술은
대부분의 악성 암과 싸우기 위한
흥미롭고 새로운 방법을 제공할 수 있습니다.
암은 매우 영리한 질병입니다.
어떤 종류의 암은
다행히 상대적으로 잘 알아낼 수 있고
현재 있는 약이나 수술이 가능합니다.
하지만 몇몇 형태의 암은
이러한 방법에 반응을 하지 않고
심지어 약물의 공습이후에도
그 종양들은 살아남거나 재발합니다.
우리는 이러한 매우 공격적인 형태의 암을
만화책의 슈퍼 악당들처럼 생각할 수 있습니다.
그들은 매우 영리하며 적응력이 있고
매우 잘 살아남죠.
오늘날의 대부분의 슈퍼악당들과 같이
그들의 힘은 유전자 돌연변이에서 나옵니다.
이렇게 종양 세포안에서 변경된 유전자들은
심지어 최적의 화학요법치료에서도 살아남을 수 있도록
생존하기 위하여 새롭고 상상할 수 없는 형태로
만들어지거나 수정될 수 있습니다.
이러한 속임수의 하나로 어떠한 유전자는
심지어 약물이 세포에 접근할 때
세포에서 약물을 밀어냅니다.
그 약물이 어떠한 효과도 내기 전에 말이죠.
세포가 효과적으로 약물을 뱉어내는 걸 상상해 보세요.
이것은 단지 암이라는 슈퍼악당들의 가방에 있는
수 많은 유전자적 속임수 중 하나의 예시입니다.
모든 돌연변이 유전자들 덕분이죠.
엄청난 슈퍼파워를 가진 슈퍼악당들을 가지게 되었습니다.
그리고 우리는 새롭고 강력한 형태의 공격이 필요합니다.
우리는 실제로 유전자를 작동하지 않게 할 수 있습니다.
그 핵심은 siRNA라고 알려진 분자들의 모음이죠.
siRNA는 짧은 연속된 유전자 코드로
특정한 유전자를 차단하도록 세포를 유도합니다.
각 siRNA분자는 세포안의 특정한 유전자가 작용하지 않게 할 수 있습니다.
이것의 발견 후 수십 년이 지나서
과학자들은 이러한 유전자의 차단제가
의학적으로 어떻게 적용될 수 있는지 흥미로워했습니다.
하지만 큰 문제가 있었습니다.
siRNA는 세포 안에서는 잘 작동하나
이것이 우리의 조직이나 혈류에 있는
효소에 노출되면
수 초내에 훼손이 됩니다.
이는 우리의 몸속을 여행하며 마지막 목표인
암세포에 도달하기 전까지 보호받고 밀봉되어야 합니다.
그래서 전략을 세웠습니다.
먼저 이것이 유전자 차단제인 siRNA를 가진 암 세포에만 작용하게 하고
살아있는 유전자에는 침묵하게 하면
약물로 암세포 만을 공격할 수 있습니다.
하지만 어떻게 이를 실행할까요?
분자 공학을 이용해서
우리는 혈류를 통하여 여행을 할 수 있는
강력한 무기를 디자인하였습니다.
이는 혈류를 통과 할 수 있을만큼 충분히 작고
종양 조직에 침투할 수 있을만큼 충분히 작습니다.
그리고 암세포에 안에 들어갈 수 있을만큼 작습니다.
이러한 작업이 잘 이루어지면
머리카락의 100분의 1정도의 크기가 될 것입니다.
이 작은 나노입자를 가까이 보도록 하죠.
먼저 나노입자의 핵입니다.
이는 화학 요법을 위한 약물을 담고 있는 작은 캡슐입니다.
이 약물이 암세포를 죽일 겁니다.
이런 핵 주변을 아주 얇은
나노두께의 siRNA 층으로 감쌉니다.
이는 유전자 차단제입니다.
siRNA는 강력한 음전하를 가지기 때문에
우리는 양전하 중합체의
보호층으로 훌륭하게 그것을 보호할 수 있습니다.
이 두 개의 서로 다른 전하를 가진 분자들은
전기적인 인력때문에 서로 달라 붙습니다.
그리고 이는 혈류의 저하로부터
siRNA를 보호하는 보호층을 제공합니다.
거의 모두 끝났습니다.
(웃음)
하지만 여기에는 우리가 생각할 수 있는 하나 이상 큰 문제가 있습니다.
사실 이는 무엇보다도 큰 문제일 것입니다.
이러한 초강력 병기를 어떻게 배치할까요?
아무리 좋은 무기라고 해도 목표가 필요하고
우리는 이 초강력 병기의 목표로 종양안에 있는 수퍼악당 세포들을
목표로 해야합니다.
하지만 우리 몸은 타고난 면역체계를 갖고 있습니다.
혈류 속에 있는 세포가
외부 물질을 골라내서
그것을 파괴하고 제거할 수 있습니다.
그러면 무슨 일이 일어날까요? 나노입자를 외부 물질로 생각할 것입니다.
우리는 나노입자가 암세포 방어 시스템을 지나가도록 속일 것입니다.
위장하는 것으로 이러한 외부 물질을 제거하는 매커니즘을
통과할 것입니다.
그래서 우리는 두 가지의 목적을 위해서 이 나노입자 주변에
음전하를 가지는 층을 하나 더할 것입니다.
첫 번째로 이러한 외부 층은 자연스러운 전하상태 중 하나를 가지는
우리 몸에 있는 고 수화된 다당류입니다.
이는 나노 입자 주변에 물 분자들의 구름을 만들고
눈에 보이지 않도록 은폐하는 효과를 줍니다.
이러한 눈에 보이지 않는 은폐효과는
나노입자가 우리 몸에서
제거되지 않은 채 종양에 닿을 때까지 혈류를 통하여
충분히 멀리 여행할 수 있도록 합니다.
두 번째로 이 층은 종양 세포에 특별히 더 잘 달라 붙을 수 있는
분자들을 포함하고 있습니다.
일단 암세포가 이 나노입자를 받아들이고
이제 암세포 내에 나노 입자가 있으며
약물을 배포할 준비가 되었습니다.
좋아요! 저도 같은 기분이에요. 가보죠!
(박수)
siRNA가 먼저 배포됩니다.
이는 한 시간 동안 작용하여
이런 생존을 위한 유전자가 작용하지 않는 충분한 시간을 줍니다.
이제는 이러한 유전자적 슈퍼파워를 사용할 수 없습니다.
암세포는 특별한 방어체계를 가지지 않은채 남아있습니다.
그러면 화학요법을 위한 약물이 핵으로부터 나오고
종양세포를 명확하고 효과적으로 파괴합니다.
충분한 양의 유전자 차단제가 있다면
수많은 종류의 돌연변이들을 찾아가서
어떠한 부작용 없이 종양들을
몰아낼 수 있습니다.
그러면 우리의 이런 전략들은 어떻게 진행되고 있을까요?
우리는 삼중 음성 유방암의 매우 공격적인 형태를 이용하여
동물에게 이러한 나노크기의 입자를 테스트하였습니다.
이런 삼중 음성 유방암은 항암제를 배출하는 유전자가
어서 빨리 배달되어야 함을 보여줍니다.
보통 독소루비신(dox)는 유방암을 위한
첫 번째 치료에 사용하는 항암제입니다.
그래서 우리 동물들에게 dox코어만을 이용하여 첫 번째 치료를 했습니다.
종양은 그 성장률이 느려지긴 했지만
2주만에 약 2배정도인
여전히 빠른 속도로 커지고 있습니다.
그 다음으로 우리의 초강력 병기를 섞어서 치료를 시도해 보았습니다.
화학적 펌프에 대항하기 위한 siRNA로 된 나노 층과
핵에 dox를 조합한 입자입니다.
보시다시피 종양의 성장이 멈춘 것뿐만 아니라
그들의 크기가 작아진 것을 찾을 수 있었고
몇몇 케이스에서는 종양이 완전히 사라졌습니다.
종양이 실제로 치료된 것입니다.
(박수)
이러한 접근법의 대단한 점은 이것이 개별화가 가능하다는 겁니다.
우리는 서로 다른 돌연변이와 종양의 방어 매커니즘을
찾아가기 위한 수많은 siRNA 층을 더할 수 있습니다.
그리고 우리는 나노 입자의 핵에 서로 다른 약물을 넣을 수도 있습니다.
의사들이 어떻게 환자들을 테스트할지 알고
종양의 유전자 특성을 명백하게 이해한다면
그들은 우리가 환자들에게 이러한 유전자 차단제를 사용하는 전략이
이득인지 결정하는데 도움을 줄 것입니다.
난소암은 제게 매우 특별합니다.
이는 매우 공격적인 암이고
그렇기 때문에 매우 늦은 단계에 발견되며
그때는 많이 진행되어 있고
수많은 유전자 돌연변이들을 가지고 있습니다.
첫 번째 화학치료가 끝난 후
환자 중 75% 정도가 재발합니다.
그리고 보통 사용한 약물에 내성을 가진 형태로 재발하죠.
매우 높은 단계의 난소암은
가장 강력한 슈퍼악당 중 하나입니다.
그리고 지금부터 우리의 초강력 병기가
이를 무찌르도록 안내해보죠.
연구자로서
저는 주로 환자와 일하지는 않습니다.
하지만 최근에 난소암에서 살아남은
미미라는 한 엄마와 그녀의 딸인 페이지를 만났습니다
저는 엄마와 딸이 보여주는 낙천적이고 강한 모습과
서로 용기를 주는 그들의 모습과 사연에
깊은 감명을 받았습니다.
이 강연에서 우리는 암에 대한 여러가지 기술들에 대해서
이야기 해보았습니다.
그리고 미미에게
그녀에 딸을 포함한 다음 세대를 위한
희망을 주는 이러한 노력을 설명했을 때
그녀는 울먹였습니다.
이는 정말 감동적이었습니다.
이는 단지 정말로 우아한 과학을 만드는 것만은 아닙니다.
사람의 인생을 바꾸는 것입니다.
또한 분자단위의 공학 기술력을
이해하는 것입니다.
저는 페이지와 같은 학생들은 진로를 향해 갈 것이고
그들은 새로운 가능성을 열 겁니다.
세계에 있는 중요한 건강 문제를 다루는데
난소암, 신경성 질병, 감염병 같은 것을 포함하죠.
저를 위해서 화학 공학이 문을 열기 위한 방법을 찾은 것 처럼
인류를 치유하기 위한
보다 얇은 형태 및 분자를 위한
공학적인 방법이 제공될 것입니다.
감사합니다.
(박수)