빌리루빈 나노물질을 이용한 방사선치료에 따른 정상조직의 독성 완화

Abstract

연구목적 국내의 암 발생자는 해마다 증가하며 2017년 국가 암통계 자료에 따르면 2017년 조 발생률은 인구 10만 명당 453.4명이다. 생활양식이 점차 서구화되어 가고 있는 우리나라의 경우 전립선암, 유방암의 증가가 지속될 것으로 생각되며 향후 방사선치료가 필요한 암 환자수 또한 증가할 것으로 예상할 수 있다. 방사선치료는 알려진 치료 효과에도 불구하고, 치료 이후 주위 정상조직에 급 만성 부작용을 일으키는 경우가 있는데, 예를 들어 골반부위 방사선치료 이후 60~80%에서 급성 장독성을 보고하고 있다. 치료 기술 발전으로 이러한 부작용의 가능성은 줄어들고 있으나, 장기 암 생존자의 증가, 부작용의 발생시 뚜렷한 치료약제나 해결책이 없음을 고려하면, 방사선 치료 독성 발생의 가능성을 낮추는 것이 가장 중요하다. 따라서 본 연구에서는 빌리루빈 나노물질을 이용하여 방사선치료 이후 나타나는 방사선치료 영역 주위의 정상조직 변화를 완화 시킴으로써 방사선 장독성의 부작용을 줄이고자 연구를 계획하게 되었다.

연구방법 빌리루빈은 우리 몸의 담즙 구성성분으로 적혈구, 헤모글로빈이 분해되면서 생성되는 Heme의 최종 대사물질이다. 1980년대 후반부터 발표된 여러 연구들을 통해 빌리루빈이 인체 내에서 활성산소를 제거하여 항산화 역할을 하는 것을 보고하였으며, 또한 항염증제로서의 효능에 대한 문헌들이 뒤따라 보고되어 왔다. 하지만 빌리루빈 자체가 수용액에서 전혀 녹지 않아 이를 의료용 소재로 응용한 예는 찾아보기 어려웠다. 이점을 극복하기 위하여 본 연구에서는 빌리루빈에 친수성 고분자를 결합시켜 합성한 뒤 수용액에서 자기 조립시켜 만든 빌리루빈 나노물질을 이용하여 연구하였다. 이렇게 만들어진 빌리루빈 나노물질을 마우스에 주입한 뒤 복부/골반 부위 방사선조사 이후 소장과 대장의 조직소견을 대조군과 비교하는 과정을 통하여 빌리루빈 나노물질을 이용한 정상조직의 방사선독성의 감소 여부를 확인하고, 나아가 그 기전을 연구하여 급성 방사선 장독성과 관련된 후보물질을 탐색하고자 하였다.

연구결과 먼저 15 Gy의 방사선조사 이후 실험동물의 체중 변화를 측정하였다. 빌리루빈 나노물질의 용량에 따라 체중변화의 폭이 달라짐을 확인할 수 있었는데 이는 대조군에 비해 빌리루빈 나노물질 20 mg/kg을 사용한 군에서 체중 감소 이후 체중의 회복이 빨라지고, 더 잘 되는 것을 확인 할 수 있었으며 세 군 모두에서 약 7일 째 장독성으로 인한 약 30% 정도의 체중감소는 공통적으로 관찰되었다. 빌리루빈 나노물질을 이용한 방사선유발 장독성의 완화실험으로 15 Gy의 방사선조사 이후 4주 째 적출한 소장에서 대조군과 비교하여 20 mg/kg의 나노물질 투약군이 조직소견에서 lamina propria의 섬유화가 적으며 상피의 편평화 소견이 보이지 않음을 확인하였다. 또한 15 Gy의 방사선조사 이후 2주 째 적출한 대장에서 대조군, 나노물질 5 mg/kg 투여군, 20 mg/kg 투여군을 비교하여 염증반응이 대조군에서 훨씬 심하게 발생하며 정상 상피의 구조가 무너짐이 관찰되었다. 추가적으로 FITC-dextran을 장기적출 6시간 전 주입 후 채취한 혈액에서 dextran 농도를 측정하였다. 이론적으로 장의 정상적인 barrier가 문제 없이 존재한다면 dextran의 농도가 혈액에서 검출이 적게 되며, barrier의 손상 정도에 따라 혈액에서 검출량이 증가하게 된다. 본 연구에서는 빌리루빈 나노물질의 사용을 통해 대조군과 비교하였을 때 dextran의 검출량이 감소함을 확인하였고, 이에 따라 장독성이 완화됨을 확인할 수 있었다. 추가적으로 빌리루빈 나노물질의 방사선유발 장독성 완화 기전을 탐구하였다. 사용한 빌리루빈 나노물질의 항염증작용의 기전을 알아보기 위하여 대표적인 pro-inflammatory cytokine들의 소장/대장 내 농도를 quantitative real-time PCR 방법을 이용하여 확인하였다. 이 때 소장에서는 빌리루빈 나노물질의 투여군이 대조군에 비하여 소장 내 IL-1β및 TNF-α등의 mRNA 발현량이 감소하는 것을 알아보았으며 이를 통해 빌리루빈 나노물질의 방사선 장독성 완화 기전에 IL-1β등의 발현 억제를 통한 급성기 염증감소가 있음을 확인 할 수 있었다.

결론 빌리루빈 나노물질을 이용하여 방사선 치료 시행 이후 정상조직의 방사선독성의 완화가 가능하며 이는 부작용의 발생 기전인 급성기의 염증반응을 줄임으로써 주변 정상 조직의 방사선 독성의 감소를 시킬 수 있음을 확인하였고, 추가적으로 염증반응의 기전에 후보가 될 수 있을만한 물질들을 탐색하여 이후 방사선치료에 따라 발생하는 정상조직의 급 만성 독성을 줄이기 위한 약물개발의 가능성 또한 볼 수 있었다.