SPECT 이미징, 단일 광자방출 컴퓨터 단층촬영은 현대 의학에서 암을 진단하고 치료 반응을 평가하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.
이 기술은 방사성 동위원소를 사용하여 체내 분자의 위치와 활동을 시각화하며, 종양의 특징을 정밀하게 분석할 수 있도록 돕습니다.
특히, HER2(인간 상피 성장 인자 수용체 2)를 표적화하는 DARPin G3 단백질을 활용한 연구는 SPECT 이미징의 가능성을 더욱 확대시켰습니다.
이러한 단백질과 기술의 융합은 종양 표적화 치료제 개발에 새로운 지평을 열며, 높은 정확도와 효율성을 제공합니다.
1. SPECT 이미징: HER2 양성 암의 효과적인 치료 어려움?
HER2(인간 상피 성장 인자 수용체 2)는 여러 암에서 과발현되는 단백질로, 특히 유방암, 난소암 등에서 주요 치료 표적입니다.
그러나 기존의 HER2 표적 항암 치료법은 다음과 같은 문제점을 가지고 있습니다:
* 효율적인 종양 표적화의 어려움: 기존 단클론 항체 기반 치료제는 크기가 커서 암세포 깊숙한 곳까지 침투하기 어렵습니다.
* 신장 흡수 문제: 치료에 사용된 단백질이 신장에서 재흡수되어, 암세포로 제대로 전달되지 못하고 신장에 축적됩니다.
* 부작용 위험: 방사성 동위원소 치료는 일부 정상 조직에도 영향을 미칠 수 있습니다.
이로 인해 더 효과적이고 안전한 치료 전략이 필요합니다.
2. SPECT 이미징: 문제를 해결하지 못할 경우의 위험?
만약 이러한 문제를 해결하지 못한다면 암 환자들은 다음과 같은 위험에 직면할 수 있습니다:
* 치료 효과 저하로 인해 암의 진행을 막을 수 없습니다.
* 정상 조직의 방사선 노출로 인한 부작용이 늘어납니다.
* 치료에 따른 비용 대비 효율성이 떨어지며, 환자의 삶의 질도 감소합니다.
기존 치료법의 한계를 넘어서기 위해, DARPin G3와 SPECT 이미징을 통한 새로운 접근법이 시도되고 있습니다.
3. SPECT 이미징: DARPin G3와 ABD 융합 단백질의 혁신적 치료 전략
DARPin G3(Designed Ankyrin Repeat Protein)는 HER2와 높은 친화도로 결합하도록 설계된 작은 단백질(14.5 kDa)입니다.
이를 활용해 방사성 동위원소 치료 효율을 높이기 위해 새로운 기술들이 적용되었습니다.
1) ABD 융합의 도입
DARPin G3와 알부민 결합 도메인(Albumin Binidng Domain, ABD)을 융합하면 단백질이 알부민에 결합해 크기가 증가합니다.
효과는 아래와 같습니다.
* 신장에서 빠르게 배출되지 않고 혈액 속에 더 오래 머뭅니다.
* 치료제가 암세포로 더 효과적으로 전달됩니다.
2) SPECT 이미징의 활용
SPECT(단일광자방출컴퓨터단층촬영) 이미징 기술은 DARPin G3가 HER2 표적을 얼마나 잘 결합하는지 시각화합니다. 이를 통해 치료 전략의 효과를 정밀하게 평가할 수 있습니다.
3) LigandTracer®의 활용
LigandTracer를 DARPin G3 단백질이 HER2 표적과 얼마나 잘 결합하는지 실시간으로 분석하는 도구로 사용합니다. 이를 통해 다음과 같은 정보를 수집할 수 있습니다.
* DARPin G3와 HER2 간 결합 속도 (ka) 및 해리 속도 (kd).
* 두 가지 융합 단백질(G3-ABD와 ABD-G3)의 결합 강도 (Affinity, KD) 비교.
LigandTracer®는 단백질과 표적 간 상호작용을 이해하고 최적의 설계를 도출하기 위한 중요한 데이터를 제공합니다.
4. DARPin G3와 ABD 융합 효과
DARPin G3와 ABD의 융합은 암 치료에서 다음과 같은 주요 효과를 보여주고 있습니다.
* 종양 표적화 효율 향상: ABD가 단백질의 C-말단에 결합한 G3-ABD는 특히 뛰어난 표적화 능력을 보여줬습니다.
* 혈액 체류 시간 증가: 융합 단백질은 혈액 내에서 더 오래 머물렀으며, 암세포로 전달될 시간이 늘어났습니다.
* 신장 흡수 감소: ABD 융합을 통해 신장에서 단백질의 재흡수가 크게 줄어들어 부작용 가능성을 낮췄습니다.
SPECT 이미징으로 얻어진 데이터는 이러한 치료 전략이 HER2 양성 암 환자들에게 더 나은 결과를 제공할 수 있음을 입증했습니다.
5. 암 치료의 새로운 가능성을 향한 첫걸음
DARPin G3와 ABD 융합 단백질, 그리고 SPECT 이미징이 암 치료의 패러다임을 어떻게 변화시킬 수 있는지를 보여줍니다.
앞으로 이 기술은 다음과 같은 분야에서 더 많은 가능성을 열어줄 것입니다:
* 개인 맞춤형 치료: 환자의 상태에 따라 최적화된 치료 제공.
* 암 진단 및 모니터링: 초기 진단에서부터 치료 과정 추적까지 정밀한 데이터 제공.
* 신약 개발: DARPin G3와 같은 혁신적 단백질을 기반으로 새로운 치료제 설계.
[참고]
Deyev, S. M., Oroujeni, M., Garousi, J., Gräslund, T., Li, R., Rosly, A. H. B., Orlova, A., Konovalova, E., Schulga, A., Vorobyeva, A., & Tolmachev, V. (2024). Preclinical evaluation of HER2-targeting DARPin G3: Impact of albumin-binding domain (ABD) fusion. International Journal of Molecular Sciences, 25(8), 4246. https://doi.org/10.3390/ijms25084246
LigandTracer: Cell Binding Affinity, Kinetics 분석방법. https://ycluebio.com/ligand-binding-affinity-package/
LigandTracer Applications. https://www.ligandtracer.com/applications/