초록 ▼

2. 국내외 기술개발 현황

국내외 연구동향과 수준
▶ 바이러스 나노 복합체 유전자 전달체를 전달하기 위하여, Len seymour 연구그룹은 poly(HPMA)를 이용한 아데노바이러스의 코팅으로 혈류 회전시간의 증가 및 간독성이 감소함을 보고한 바 있음. Epithelial growth factor(EGF), Herceptin, folic acid 와 같은 암세포 표적인자를 부여하여 표적 질병위치에서의 유전자 도입율을 증가시켜 치료효과를 높인 결과들도 본 연구진과 다른 연구진들에 의해 보고된 바 있음. 정상세포에

2. 국내외 기술개발 현황

국내외 연구동향과 수준
▶ 바이러스 나노 복합체 유전자 전달체를 전달하기 위하여, Len seymour 연구그룹은 poly(HPMA)를 이용한 아데노바이러스의 코팅으로 혈류 회전시간의 증가 및 간독성이 감소함을 보고한 바 있음. Epithelial growth factor(EGF), Herceptin, folic acid 와 같은 암세포 표적인자를 부여하여 표적 질병위치에서의 유전자 도입율을 증가시켜 치료효과를 높인 결과들도 본 연구진과 다른 연구진들에 의해 보고된 바 있음. 정상세포에 비하여 종양세포에서 아데노바이러스 fiber의 수용체인 coxsakie adenovirus receptor(CAR)가 적게 발현되므로 감염능을 높이기 위하여 바이러스 표면을 glycosylation화하여 특이적 설탕 수용체를 통하여 감염능이 향상된 것을 세포내에서 증명하였음. 또한 Kostarelod 그룹은 최근 지질의 전하를 이용한 아데노바이러스의 캡슐화를 통하여 암조직내 바이러스의 침투 및 전달을 향상시킨 예가 있음. 양전하를 지닌 지질을 이용한 캡슐화는 정상 아데노바이러스와 비교하여 종양구(tumor spheroid)내부에서 유전자 발현을 향상시켰음.

▶ Alexander M. Klibanov 그룹은 여러 lipid기가 화학적으로 결합한 polyethylene imine을 influenza virus와 pathogenic bacteria 표면에 코팅하여 바이러스의 활성도를 검사하였음. 리피드 종류와 잔존하는 전하의 종류에 따라 바이러스의 활성도를 조절하여 바람직하지 않은 바이러스의 활성도를 저하시켰음. 이 연구 결과는 바이러스 표면을 개질하는 고분자의 전하, 리피드기와 같이 안정화기에 따라 바이러스의 활성도에 영향을 미침을 의미함. 고분자의 종류, 전하의 균형에 따른 아데노바이러스의 유전자 발현 능력, 감염능에 대한 심도 있는 연구가 필요함.

▶ 대부분의 경우 아데노바이러스 표면에 존재하는 lysine기의 아민기와 활성화된 PEG을 화학적으로 개질하는 PEGylated 아데노바이러스가 연구되어져 왔으나, 혈류 잔존 시간의 증가 및 독성을 감소시키는 효과가 있으나 질병 위치에서의 감염능이 낮아 생체내서의 유전자 발현 효율성이 낮아 실효성을 거두기가 어려움. 종양세포에는 정상세포에 비하여 Ad fiber의 수용체인 coxsakie adenovirus receptor(CAR)가 적게 발현되므로 감염능이 낮을 뿐만 아니라 PEG의 stealth 효과로 세포내로 감염되기가 어려움. 그리하여 EGF, Herceptin, glycosylation 등의 표적인자가 부여된 PEGylated 아데노바이러스가 연구가 되어져 왔음.

▶ 또한 스탠포드 대학의 Chen 그룹은 아데노바이러스에 positron emission tomogra phy(PET), 또는 bioluminescence 영상을 위한 영상인자를 아데노바이러스에 화학적 개질을 하거나 luciferase reporter gene을 주입하여 영상을 위한 아데노바이러스를 제조하였음. 이러한 연구는 시작단계로 차세대 치료제로서의 가능성이 높은 아데노바이러스의 전신투여에 의한 생체 내 혈류회전동안의 생체 내 분포(biodistri bution)에 대한 연구정보를 비침습적으로 획득할 수 있는 장점을 제공할 수 있음. 특히 본 연구그룹에서 연구하고 있는 종양선택살상 바이러스는 종양세포에 감염되어 암세포 내에서 지속적인 바이러스 개체수를 증가시키므로, 궁극적으로 아데노바이러스의 고분자에 의한 코팅에 의한 지속적인 혈류회전을 향상시킴과 동시에 종양 특이적 전달시스템의 선택적인 생체 내 분포(biodistribution)를 검증하는 연구가 필수적임.

▶ 임상시험에 가장 빈번하게 유전자 전달체로 사용되는 아데노바이러스는 인체의 면역항체에 의하여 혈류 순환시 캡슐화되어 유전자 전달 효율성이 현저히 저하되며 높은 간독성을 야기함. 따라서 생체 내 혈류 회전의 향상 및 표적형 인자의 부여를 통한 질병 특이적 전달을 위한 화학적 개질 또는 물리적 코팅 등을 이용하여 아데노바이러스의 표면 개질의 필요성이 제기됨. 이를 위해서는, 바이러스의 유전자 발현을 제어할 수 있는 나노기술, 나노재료 등의 하이브리드 융합기술이 필수적임. 나노 및 바이오 융합 기술들이 발전되어 왔으나 바이러스와 연관된 나노바이오 재료 및 기술은 그 예가 적음. 바이러스와 나노물질을 이용한 나노물질 하이브리드 복합체를 개발하여 항암치료 및 제어를 위한 유전자 발현 조절 연구가 필요함.

▶ 암 치료의 효율을 혁신적으로 개선하고 치료의 부작용을 감소시키기 위해서는 유전자 치료제가 시스템 혈관주사를 하였을 때 암 세포만을 선택적으로 표적화할 수 있는 종양 특이적 선택성 기술이 필요함. 따라서 나노기술 및 나노물질을 바이러스와 융합하여 나노물질 하이브리드 복합체를 개발하여 암세포에서 선택적으로 유전자 발현을 제어함으로써 치료효과를 극대화하고, 동시에 정상세포에서의 비특이적 유전자 발현에 의해 초래될 수 있는 부작용을 최소화할 수 있는 전이암 치료용 종양 특이적 유전자치료제 개발이 시급히 요구되고 있음. 또한, 전이암 치료용 종양 특이적 유전자 치료제 기술은 암 뿐만 아니라 다른 여러 종류의 질환에 적용될 수 있어 기술의 연계성 및 파급효과가 큰 기반기술임.

▶ 유전자 치료 및 항암치료를 위한 아데노바이러스의 가능성을 세계 여러 그룹의 연구들로부터 제시되고 있고, 주로 유전공학, 분자 생물학을 이용한 아데노바이러스 치료제의 개발이 진행되고 있으나, 개발되고 있는 종양 선택적 치료 효과를 가지는 아데노바이러스를 효율적으로 전달하기 위한 약물전달학적 의미에서의 접근은 미미함. 고분자, 지질, 무기 입자를 이용한 약물 전달은 널리 연구되고 응용되고 있으나 Ad와 결합된 바이러스와 나노물질을 이용한 나노물질 하이브리드 복합체로서의 유전자 전달체의 개발 연구는 미미함. 생체 및 나노 재료의 복합적 조합은 약물 전달학적으로 응용하여 종양에서 효율적 유전자 발현이 가능한 Ad를 전신투여용으로 개발되어지는 것이 필수적임(그림 1).

● 앞으로의 전망
▶ 바이러스와 비바이러스성 물질인 나노재료와의 병합 기술은 아직 연구된 예가 별로 없어 기술개발에 대한 축적된 지식이 별로 없어, 기초 연구가 많이 필요한 특징을 가지고 있음. 또한, 새로운 나노 기술을 이용한 유전자 치료제 개발 연구는 기초적인 나노재료의 발견으로부터 동물 실험 연구를 통한 유효성 확인 연구까지 진행되므로, 임상 실험 시 기초적인 자료가 될 수 있을 뿐 아니라, 나노물질과 바이러스의 융합을 통하여 암세포 및 암 질병을 제어하고 치료를 가능하게 하는 하이브리드 복합체의 새로운 분야를 창출하는 기초연구의 시작이 될 것임.

▶ 본 연구그룹은 종양 살상 바이러스 원천기술을 보유하고 있어, 나노물질, 조영제, 및 나노기술을 융합하여 새로운 나노하이브리드 전달체를 개발할 수 있는 독창적인 기술성이 있음. 새로이 제안된 바이러스 및 나노물질 하이브리드 복합체 개발 연구는 종양 선택적 살상을 유도할 수 있는 유전자 전달체로서 분자생물학적인 수단을 이용하여 세포내 암세포를 제어함과 동시에 나노물질을 이용한 표적성을 부여하여 생체 내 순환 시스템을 연구하는 과제로 나노물질부터 분자생물학, 바이러스학과 관련된 기초연구의 성격으로 부합될 것임. 독창적이고 진보적인 아이디어를 바탕으로 진행되는 본 연구의 결과, 전신투여가 가능하고 암세포 특이적 바이러스 전달을 유도함으로서 항암효과가 상승되는 전달체가 개발되면, 약물전달체계의 새로운 분야를 개척할 수 있을 뿐 아니라 세계 최초로 그 연구 결과를 국내외에 보고할 수 있을 것임.

(출처 : 본문 - 국내외 기술개발 현황 6p)

Abstract ▼

Project 1. We have synthesized a pH-sensitive and bio-redox polymer, mPEG-Pip-CBA (MPPCBA), and generated a dual tumor targeting polymer-complexed Ad vector system (Ad-MPPCBA) that targets tumors via ionic interaction between the virus and target cell. Additionally, the Ad-PPCBA complex demonstrate

Project 1. We have synthesized a pH-sensitive and bio-redox polymer, mPEG-Pip-CBA (MPPCBA), and generated a dual tumor targeting polymer-complexed Ad vector system (Ad-MPPCBA) that targets tumors via ionic interaction between the virus and target cell. Additionally, the Ad-PPCBA complex demonstrated enhanced transduction efficiency in both CAR-positive and -negative cells, which was significantly increased in the low pH environment reflective of the tumor milieu. The potent therapeutic potential and minimal toxicity of Ad-MPPCBA should encourage the further development of other smart, tumor-selective oncolytic Ad complexes that exploit targetable features of the tumor microenvironment.

Project 2. In this study, we have developed the bioreducible polymer. In addition, coating of biocompatible, bio-reducible polymers derived from non-viral vectors to the Ad surface has conferred numerous pharmacokinetic advantages to overcoming shortcomings in vivo. Moreover, PPSA-coated Ad complex showed increased transduction efficiency in both CAR-high and CAR-negative cancer cells, emphasizing the potential utility of Ad-mediated gene therapy in clinical setting. Ad/PPSA complexation is an easy and simple process because electrostatic interactions stabilize the complex. These principles combine to form an effective clinical treatment option and a potential tool for cancer gene therapy.

Project 3. In this study, Heparin was modified with PEI-Arg, since heparin is naturally occurred polysaccharide with negative surface charge. Therefore, it could not complex with adenovirus because it also posses negative surface. To overcome this problem, heparin is modified with cationic polymer PEI, results heparin nanogels with positive charge. Firstly, PEI modified with arginine, subsequently PEI-Arg was conjugated with heparin, to provide heparin nanogels. Further, heparin nanogels complexes with Ad and transduction efficacy were examined in different cancer cells. Moreover, Heparin-coated Ad complex showed increased transduction efficiency in both CAR-high and CAR-negative cancer cells, emphasizing the potential use of Ad-mediated gene therapy for cancer gene therapy.

In sum, our data provide a solid experimental result for developing advanced oncolytic Ad systems based on polymer-modified viruses.

(출처 : 연구결과 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 39
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 51
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 52
• Ⅲ. 연구성과 ... 57
• 끝페이지 ... 66