MRI 기반 자기 나노벡터를 활용한 miRNA 전달 치료: 암 치료를 위한 pH 감응형 테라노스틱 플랫폼

- 6월 26, 2025

MRI 기반 자기 나노벡터를 활용한 miRNA 전달 치료: 암 치료를 위한 pH 감응형 테라노스틱 플랫폼

doi:1031916/sjmi2019-01-01

핵심 키워드: miRNA 전달, MRI 조영제, 테라노스틱스, 자기 나노벡터, 면역 회피, CD44, PD-L1, miRNA34a, 종양 전이, 유전자 침묵화

서론

암은 여전히 현대 의학이 마주한 가장 복잡하고 도전적인 질환 중 하나이다.

이에 따라 정밀의학, 나노기술, 분자영상이 융합된 테라노스틱스(Theranostics) 기술이 주목받고 있다.

테라노스틱스는 치료와 진단을 동시에 수행할 수 있는 융합 플랫폼으로, 특히 miRNA 기반 유전자 조절 치료와 MRI 기반 실시간 영상화가 결합된 시스템이 혁신적인 치료 전략으로 떠오르고 있다.

이 칼럼에서는 miRNA34a를 pH 감응형 자기 나노벡터(Magnetic Nanovector, MNV)에 탑재하여 종양 전이와 면역 회피를 동시에 억제하고, MRI를 통해 비침습적으로 실시간 추적할 수 있는 시스템을 소개한다.

1. miRNA34a의 기능: 암 억제와 면역 조절

miRNA34a는 두 가지 주요 종양 관련 경로를 조절한다:

CD44: 암 줄기세포 표지자이자 종양 침윤 및 전이 관련 단백질
PD-L1: 종양세포의 면역 회피 경로에 관여하는 면역관문 단백질

따라서 miRNA34a는 종양을 직접 공격하고, 면역 시스템이 종양을 더 효과적으로 인식하게 만들어 이중 치료 효과를 제공한다.

2. pH 감응형 자기 나노벡터(MNV)의 구조 및 합성

나노벡터는 중심에 망간-철 산화물(MnFe₂O₄) 나노입자를 포함하고, 외부에 양이온성 poly-L-lysine (PL) 층을 갖는다. 이 구조는 다음과 같은 기능을 한다:

MRI 조영 효과 강화 (T2 contrast)
miRNA와 정전기적 결합 가능
산성 환경에서 pH 감응적으로 분해되어 세포질 내 miRNA 방출

그림 1. pH 감응형 MNV의 합성 과정과 miRNA34a 결합 모식도. (A) 에멀전 기반 PL 코팅 MNP 합성. (B) 세포 내 산성 환경에서의 프로톤화에 따른 벡터 분해 및 miRNA 방출 메커니즘

3. 나노벡터의 물리적 특성 및 생물학적 안전성

입자 크기: 평균 11nm (코어), 수용액 내에서는 약 150nm의 하이드로다이내믹 직경
전하: 강한 양이온성 → miRNA 응축과 세포 내 흡수 용이
MRI 성능: 높은 T2 relaxivity (r₂), 우수한 조영 성능

4. miRNA34a 탑재 및 방출 실험

miRNA 로딩: PL과 정전기적 결합을 통해 안정적인 응축
방출 메커니즘: 세포 내 산성 환경(pH ~5.5)에서 양이온화되어 PL이 분해되며 miRNA 방출

5. 세포 수준에서의 기능적 검증

5.1 세포 생존율 (MTT assay)

대상 세포: MDA-MB-231 유방암 세포
결과: 치료 농도에서 세포독성 없음

5.2 유전자 발현 억제 (qPCR 및 Western blot)

억제 대상: CD44 및 PD-L1
방법: qRT-PCR 및 단백질 면역블롯

6. 세포 이동성 및 침윤 억제 실험

상처 치유(wound healing) assay: 세포 이동 속도 감소
침윤(invasion) assay: 내피세포층 침투 억제

7. 동물실험: 종양 성장 억제 및 MRI 영상화

모델: MDA-MB-231 종양을 이식한 BALB/c 누드 마우스
투여: 1주 2회, 3주간 정맥주사
결과:
- 종양 크기 감소
- PD-L1 및 CD44 발현 억제 (면역조직화학 및 웨스턴블롯)
- MRI에서 종양 부위의 조영 효과 확인

결론 및 임상적 전망

본 연구에서 소개된 MRI 추적 가능하고, pH 감응형 나노벡터 기반 miRNA 전달 플랫폼은 종양 억제와 면역 활성화를 동시에 유도할 수 있는 정밀 암 치료 전략이다.

miRNA34a는 CD44 억제를 통해 전이를 억제하고, PD-L1 억제를 통해 면역 반응을 회복시킨다.
MRI를 통한 비침습적 영상화는 치료 경과를 실시간으로 모니터링할 수 있게 해준다.

참고문헌

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