아연 나노입자, 대사 전선에서 암세포 공격

선양 약학 대학(중국)의 과학자들은 테라노스틱스에서 암과의 싸움에 아연 기반 나노소재를 사용하는 것에 대한 광범위한 검토를 발표하여 , 독특한 작용 기전, 성공적인 전임상 사례, 그리고 임상으로 나아가는 데 있어서의 주요 과제를 밝혔습니다.

왜 아연인가?

암세포는 호기성 해당작용을 촉진하고 빠른 성장을 돕는 방식으로 에너지를 대사합니다. 이로 인해 활성산소(ROS)가 과도하게 생성되고, 종양은 항산화 방어 기전, 특히 글루타티온(GSH)을 구축하게 되며, 이는 산화 스트레스에서 생존하는 데 도움이 됩니다.

Zn²⁺ 이온은 여러 수준에서 이러한 적응을 방해할 수 있습니다.

• 해당분해의 핵심 효소(글리세르알데히드-3-인산 탈수소효소, 젖산 탈수소효소)와 크렙스 회로의 효소를 차단합니다.
• 그들은 미토콘드리아의 전자 전달 사슬을 방해하여 전자 누출과 초산화물 음이온 생성을 증가시킵니다.
• 미토콘드리아 산소 환원 반응을 통해 ROS 수치를 직접 증가시키고 일반적으로 Zn²⁺에 결합하여 세포를 산화로부터 보호하는 메탈로티오네인을 억제 합니다.

나노물질의 종류와 특성

나노물질	화합물	동작의 특징
산화아연(ZnO₂)	과산화아연	산성 종양 환경에서 Zn²⁺와 산소의 빠른 방출; 가스 치료
산화아연(ZnO)	산화 아연	빛에 의한 광촉매 및 광열 효과; 레이저 조사 시 ROS 생성
지프-8	이미다졸레이트-Zn	표적 약물 전달을 위한 스마트 pH 민감 스캐폴드; Zn²⁺ 자체 방출
아연황화수소(ZnS)	황화아연	국소 ROS 형성을 촉진하여 초음파(SDT) 및 광역학적 치료를 향상시킵니다.

다중 모드 접근 방식

1. 화학요법: 아연 나노입자는 종양의 세포막을 손상시키고 해독 효소를 억제함으로써 항암제의 침투력을 향상시킵니다.
2. 광역학적 치료(PDT): ZnO와 ZIF-8 나노입자에 방사선을 조사하면 ROS가 생성되어 건강한 조직에는 해를 끼치지 않고 주변 종양 세포를 죽입니다.
3. 소노다이내믹스(SDT): 초음파가 ZnS 나노입자를 활성화시켜 ROS 연쇄 반응과 세포 사멸을 유발합니다.
4. 가스 치료: ZnO₂는 종양 미세환경에서 분해되어 산소를 방출하고 저산소증을 감소시켜 세포독성제에 대한 민감도를 높입니다.
5. 면역 조절: Zn²⁺는 수지상 세포의 STING 및 MAPK 경로를 활성화하여 CD8⁺ T 림프구 침윤을 증가시키고 항종양 기억을 생성합니다.

전임상 성공 사례

• 대장암 모델에서 시스플라틴이 함유된 ZIF-8은 전신 독성 없이 생쥐의 종양 성장을 완전히 억제했습니다.
• 흑색종에서 ZnO-PDT와 PD-1 억제제를 병용한 결과, 원발성 림프절과 원격 림프절이 완전히 퇴행했습니다.
• ZnO₂ 나노입자를 H₂O₂ 공여체와 함께 사용하면 에스트로겐 의존성 유방 종양에서 국소적 ROS 폭발과 성장 정지가 유도됩니다.

문제점과 전망

1. 안전성 및 생분해성: 간과 신장에 이온성 아연이 축적되는 것을 최소화하고 나노입자의 통제된 분해를 보장하는 것이 필요합니다.
2. 합성의 표준화: 결과를 비교하기 위해서는 균일한 프로토콜과 입자 크기, 모양, 표면에 대한 엄격한 제어가 필요합니다.
3. 타겟팅: 표적 종양 전달 및 RES 우회를 위한 표면에 PEG-SL 또는 항체 코팅.
4. 임상적 전환: 지금까지 대부분의 데이터는 마우스 모델에 국한되어 있으며, 대형 동물을 대상으로 한 독성학 및 약동학 연구와 인간을 대상으로 한 1상 시험이 필요합니다.

본 연구의 저자들은 전임상 모델에서 아연 나노입자의 성공이 주로 "다중 작용", 즉 종양 에너지 대사의 동시적 차단, 산화 스트레스 증가, 그리고 항종양 면역 활성화에 기인한다고 지적합니다. 본 논문의 주요 내용은 다음과 같습니다.

• "아연 나노입자는 대사, 산화, 면역의 세 가지 측면에서 동시에 종양을 공격할 수 있어 병용 치료 프로토콜을 위한 독특한 도구입니다."라고 이 리뷰의 주저자인 장 박사는 말했습니다.
• 리 교수는 "현재 가장 큰 과제는 건강한 조직에 아연 이온이 축적되는 것을 방지하고 종양에서 정확한 활성화를 보장하는 생체적합성 코팅과 표적 전달 시스템을 개발하는 것입니다."라고 덧붙였습니다.
• "우리는 Zn 나노물질과 면역치료법을 결합하는 데 큰 잠재력이 있다고 봅니다. STING 신호전달을 강화하고 세포독성 T세포를 유인하는 능력은 장기적인 암 통제를 향한 중요한 단계가 될 수 있습니다."라고 연구 공동 저자인 왕 박사는 말했습니다.

아연 나노물질은 종양학의 새로운 지평을 열어 종양 에너지 대사를 방해하고, 산화 스트레스를 증가시키며, 면역 반응을 자극합니다. 다양한 병용 치료 요법에 대한 아연 나노물질의 다양성과 유연성은 차세대 항암 치료법의 유망한 도구로 자리매김할 것입니다.