체내의 병소(病巢)에 도착하여 정확하게 치료하는 나노 머신(Nanomachine)(지식리포터 주 1)에 대한 기대가 높아지고 있다. 전신 투여가 가능하고 빛이 조사된 표적 세포에 선택적으로 유전자나 약물을 도입할 수 있는 신세대 나노 머신의 개발에 도쿄(Tokyo)대학 대학원 공학계 연구과 가타오카(Kataoka, 片岡) 교수와 도쿄 공업대학 자원 화학 연구소 니시야마(Nishiyama, 西山) 교수들이 성공하였다. 향후 체내 병원을 실현하는 신기술로서 주목받고 있다.

암 치료나 재생 의료 등에서는 체내의 목표로 하는 부위에 유전자나 약물을 도입하는 안전한 기술이 반드시 필요하게 된다. 가타오카 교수들은 유전자 도입의 효율과 선택성이 뛰어난 새로운 시스템으로서 3층 구조의 고분자 미셀(micelle)(지식리포터 주 2)로 빛에 응답하는 나노 머신을 설계하여 구축하였다. 피하에 암이 있는 마우스에 이 나노 머신을 투여하여 암 병소에 빛을 조사하고 광 선택적으로 유전자를 도입하는 것을 세계에서 처음으로 성공하였다고 한다.

고분자로 구성되는 이 나노 머신은 길이 90나노미터, 직경 10나노미터의 막대 모양으로 길이 17나노미터의 수염을 많이 붙이고 있다. 친수성 외각막(外?膜), 광 증감제를 포함한 중간층, DNA를 내포한 내핵층 3층으로 구성된다. 암조직에 모여 암세포에 비집고 들어간다. 암 조직에 빛을 조사하면 미셀 내 광 증감제가 작용하여 활성 산소를 발생시켜 세포 내 리소좀(lysosome) 막을 용해하여 핵으로 DNA를 운반한다. 빛의 조사로 유전자 도입 효율이 100배 오르는 것을 확인하였다.

이 나노 머신은 바이러스 벡터 등의 기존 유전자 도입 기술에 비해 안전성과 선택성이 우수하다. 정맥주사에 의해 전신 투여도 가능하고 암이나 동맥경화 등 다양한 병의 유전자 치료 응용이 기대된다. 병을 세포 레벨로 치료하는 것을 가능하게 하는 기술로 항암제를 포함한 제1세대의 나노 미셀은 선행하여 임상시험의 최종 단계에 들어가 있어 수 년 후에는 신약으로서 사용될 가능성이 있다.

가타오카 교수는 “우리가 참여하고 있는 일본 내각부의 최첨단 연구 개발 지원 프로그램(FIRST)으로 시작된 것이 광 응답성 나노 머신이다. 단순한 신약이라고 하는 테두리를 넘어 누구라도 어디에서라도 사용할 수 있는 의료기기의 `체내 병원`일 것이다. 10년 후 임상 응용까지 가지고 가고 싶다”고 의욕을 보이고 있다.

(지식리포터 주 1) 나노 머신
0.1~100 nm 사이즈의 기계 장치를 의미하는 개념으로 세균이나 세포보다 작은 바이러스(10 nm~100 nm) 사이즈의 기계라고 할 수 있다. 광의로는 좀 더 큰 사이즈의 눈에 보이지 않는 정도의 미생물 사이즈 기계 장치도 포함한다. 나노 머신은 기계적 동작을 중시하고 있지만 미소한 회로 형성 등 기계적 동작을 포함하지 않는 것보다 일반적인 기술을 나노테크놀로지라고 부른다.
(지식리포터 주 2) 미셀(micelle)
분자 내 친수성 부분과 친유성(소수성) 부분을 겸비한 물질을 양친 매성 물질이라고 부르며 계면활성제는 그 전형적인 물질이다. 이러한 물질을 물에 녹이면 어느 농도 이상에서 친수기를 밖에서 친유기를 안으로 향해 수십에서 백 수십 분자가 모여 회합체를 만든다. 이러한 회합체를 미셀이라고 부른다. 수십 nm의 직경을 가지고 있으며 회합 콜로이드의 일종이다. 미셀의 존재는 1913년 James William McBain(1882?1953)에 의해 제창되었다고 한다.

 

[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 4월 24일]

 

 

 

体内の病巣にたどり着いて的確に治療するナノマシンへの期待が高まっている。全身投与が可能で、光が照射された標的の細胞に選択的に遺伝子や薬物を導入できる新世代のナノマシンの開発に、東京大学大学院工学系研究科の片岡一則教授と東京工業大学資源化学研究所の西山伸宏教授らが成功した。将来の体内病院を実現する新技術として注目されている。4月2日付の英オンライン科学誌ネイチャーコミュニケーションズに発表した。
 

がん治療や再生医療などでは、体内の狙った部位に遺伝子や薬物を導入する安全な技術が不可欠となっている。片岡教授らは、遺伝子導入の効率と選択性に優れた新システムとして、3層構造の高分子ミセルで光に応答するナノマシンを設計して構築した。皮下にがんがあるマウスにこのナノマシンを投与し、がん病巣に光を照射して、光選択的に遺伝子を導入することに世界で初めて成功した。
 

高分子からなるこのナノマシンは、長さ90ナノメートル、直径10ナノメートルの棒状で、長さ17ナノメートルのひげをたくさんくっつけている。親水性の外殻膜、光増感剤を含む中間層、DNAを内包した内核層の3層から構成される。がん組織に集まって、がん細胞に入り込む。がん組織に光を照射すると、ミセル内の光増感剤が働いて活性酸素を発生し、細胞内のリソソーム膜を溶かして、核にDNAを運び込む。光の照射で遺伝子導入効率が100倍に上がることを確かめた。
 

このナノマシンは、ウイルスベクターなどの既存の遺伝子導入技術に比べて、安全性と選択性に優れている。静脈注射によって全身投与も可能で、がんや動脈硬化などさまざまな病気の遺伝子治療への応用が期待される。病気を細胞レベルで治療することを可能にする技術で、1966年の米SF映画「ミクロの決死圏」の世界を実現した。抗がん剤を含む第1世代のナノミセルは先行して、臨床試験の最終段階に入っており、数年後には新薬として使われる可能性がある。
 

片岡教授は「われわれが取り組んだ内閣府の最先端研究開発支援プログラム(FIRST)で新しい芽が出てきた。それがこの光応答性ナノマシンだ。単なる新薬という枠を超えて、誰でもどこでも使える医療機器の『体内病院』になるだろう。10年後には、臨床応用まで持っていきたい」と意欲を見せている。

 

[원문출처:http://scienceportal.jp/news/daily/57234/20140403.html]