김광명 연구실의 핵심 연구 축 중 하나는 생체적합성 고분자와 펩타이드를 기반으로 한 자가조립형 나노약물전달시스템의 설계와 최적화이다. 연구실은 생체/의료용 고분자와 약물전달시스템이라는 기본 역량을 바탕으로, 항암제·핵산치료제·단백질 분해 유도체 등을 안정적으로 포집하고 체내에서 원하는 위치로 운반할 수 있는 나노입자를 개발해 왔다. 특히 글리콜 키토산, 히알루론산, 펩타이드 기반 소재처럼 생체친화성이 높은 재료를 활용하여 혈중 안정성, 종양 축적성, 세포 내 유입 효율을 동시에 확보하는 방향으로 연구가 전개된다. 이 연구의 중요한 특징은 단순 운반체 개발을 넘어, 종양세포 특이적 효소나 미세환경에 반응하여 약물을 선택적으로 방출하도록 설계한다는 점이다. 프로젝트와 특허 자료에서 반복적으로 등장하는 Cathepsin B 반응성 링커, 종양 표적 펩타이드, 독소루비신 전구체 등의 요소는 연구실이 종양 조직에서만 활성화되는 정밀 전달 플랫폼을 지향하고 있음을 보여준다. 이를 통해 정상 조직 독성을 줄이면서도 약효를 높이고, 기존 항암제의 낮은 선택성과 전신 부작용 문제를 해결하려는 전략을 구체화하고 있다. 응용 측면에서는 항암치료의 전임상 개발과 임상 번역 가능성이 매우 크다. 연구실은 후보 나노약물의 제형 최적화, 약동학 개선, 종양 선택적 축적, 전임상 효능 검증까지 포괄적으로 다루며, 일부 과제는 IND 승인까지 목표로 설정하고 있다. 따라서 이 주제는 기초 소재 설계에서 출발해 실제 치료제 개발로 연결되는 중개연구 성격이 강하며, 향후 개인맞춤형 항암제와 차세대 나노의약품 개발의 기반 기술로 확장될 가능성이 높다.

연구실은 질병의 진단과 치료를 하나의 플랫폼으로 통합하는 테라노스틱스 연구를 오랫동안 수행해 왔다. 대표 논문인 다기능 나노입자의 멀티모달 영상 및 theragnosis 관련 리뷰와 키토산 나노입자를 이용한 종양 영상·치료 연구는, 이 연구실이 단순 약물전달을 넘어 영상 신호와 치료 기능을 동시에 탑재한 나노의학 플랫폼을 선도적으로 발전시켜 왔음을 보여준다. 이러한 접근은 암의 조기 진단, 병변 위치 확인, 약물 분포 추적, 치료 반응 모니터링을 통합적으로 수행하는 데 강점을 가진다. 구체적으로는 형광염료 표지 산화철/실리카 코어-쉘 나노입자, 근적외선 형광 영상, MRI, CT, 초음파 조영, 화학발광 및 효소 활성 프로브 등 다양한 영상 기술이 연구실의 발표 및 특허에 폭넓게 나타난다. 이는 하나의 질환을 여러 영상 모달리티로 정밀하게 관찰하고, 각 영상 기술의 장단점을 상호보완하려는 전략으로 이해할 수 있다. 또한 줄기세포 추적, 뇌졸중 병변 확인, 관절염 진단, MMP 활성 검출 등 암 이외의 질환에도 응용 범위를 확장해 왔다는 점에서 플랫폼 기술로서의 가치가 높다. 이 연구 방향의 궁극적 의미는 치료의 정확도와 예측 가능성을 높이는 정밀의료 구현에 있다. 영상 기능이 내장된 나노입자는 체내 분포와 표적 도달 여부를 실시간으로 확인할 수 있어, 환자별로 가장 적합한 치료 전략을 선택하고 치료 반응을 조기에 판별하는 데 유리하다. 따라서 이 연구는 차세대 나노조영제, 영상유도 치료, 동반진단 기술로 이어질 수 있으며, 약학·의공학·분자영상 분야를 잇는 대표적인 융합 연구 주제로 평가할 수 있다.

최근 연구실의 가장 두드러진 발전 방향은 PROTAC과 광역동치료를 결합한 차세대 나노의약 개발이다. 2024년과 2025년의 주요 논문에서는 빛에 의해 활성화되는 PROTAC 나노어셈블리와 자가조립형 NanoTAC 플랫폼을 통해, 종양 조직에서만 표적 단백질 분해가 일어나도록 정밀 제어하는 전략이 제시되었다. 이는 기존 PROTAC의 오프타깃 분해 문제를 줄이고, 종양 미세환경에서만 활성화되도록 설계함으로써 안전성과 효율을 동시에 개선하려는 시도이다. 이 연구의 핵심 메커니즘은 종양 미세환경 재프로그래밍에 있다. 예를 들어 IDO 분해를 통해 면역억제성 대사 경로를 차단하거나, HK2 분해를 통해 암세포의 포도당 대사를 재구성함으로써 광역동치료의 한계를 극복하고 면역세포 활성에 유리한 환경을 조성한다. 동시에 빛 조사로 유도된 면역원성 세포사멸, pyroptosis, 항원 방출, T 세포 활성화를 결합하여 단순 세포독성 항암치료가 아니라 암-면역 주기를 증폭시키는 복합 치료 전략을 구현한다. 이는 종양 성장 억제뿐 아니라 전이와 재발 억제까지 겨냥하는 고도화된 나노면역치료 접근이다. 또한 이 연구실은 EGFR 야생형과 돌연변이형을 동시에 분해하는 펩타이드 기반 NanoTAC을 개발하여 약물내성 극복이라는 임상적으로 매우 중요한 문제에도 도전하고 있다. 기존 EGFR 표적 치료제가 항체나 티로신키나아제 억제제 내성으로 한계를 보이는 상황에서, 표적 단백질 자체를 제거하는 전략은 새로운 치료 패러다임을 제시한다. 따라서 이 연구 주제는 나노약물전달, 표적 단백질 분해, 광면역치료, 종양미세환경 조절을 통합한 연구실의 최신 대표 분야이며, 난치성 암 치료의 차세대 플랫폼으로서 높은 확장성을 가진다.