세계 최초로 세리아 나노입자를 이용한 뇌졸중 치료제가 국내 나노 공학과 생명 의학간의 융합연구로 개발됐다.(그림 설명=생체적합성을 높이기 위해 PEG를 코팅한 균질한 세리아 나노입자를 정맥으로 투여하였을 때 뇌경색의 크기가 약 50% 정도 줄어들었다.)
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이승훈 교수
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현택환 교수
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서울대병원 신경과 이승훈 교수와 기초과학연구원 나노입자연구단장 서울대 화학생물공학부 현택환 교수의 공동 연구팀은 희토류의 일종 세리아를 이용해 3㎚의 균질하고 생체에 접합한 세리아 나노입자가 뇌경색에서 항산화, 항세포자멸사 효과를 통해 생체 내에서 뇌경색으로 생긴 손상을 줄인다는 것을 처음으로 밝혀냈다.
뇌혈관질환은 국내에서 암에 이어 사망원인 2위다.
단일질환으로는 사망원인 1위에 올라 있다.
이 질환은 심각한 후유장애가 남아 가족이 겪게 되는 고통과 사회경제학적 비용이 높다.
이처럼 심각하지만 뇌경색에서 혈전용해제를 빼고는 임상적으로 공인된 신경보호제는 아예 없는 실정이다.
연구팀에 따르면 수십 년간 전 세계적으로 다양한 약물들의 치료 가능성이 제기돼 왔으나 대부분은 약효를 증명하는데 실패했다.
그러나 연구팀은 세리아를 작은 크기의 나노입자로 만들면 항산화효과를 나타난다는 사실을 착안, 개발해낸 것이다.
연구팀은 세리아 크리스탈의 표면에서 세륨이 Ce4+로 존재하지만 이를 나노입자로 만들게 되면 표면에 Ce3+가 존재하게 돼 활성산소를 환원하는 효과가 커진다는 특성을 이용해 항산화 촉매로 이용했다.
연구팀은 생체 내에서 작동이 가능하고 항산화효과가 큰 세리아 나노입자를 제작하기 위해 이전에 전례가 없는 3㎚의 매우 작은 크기의 나노입자를 제작했으며, 표면에 폴리에틸렌 글리콜(plyethylene glycol, PEG)를 코팅, 혈액이나 조직 속으로 잘 전달되게 했다.
연구팀은 이를 쥐(rat)에 실험, 효과를 알아봤다.
연구팀은 먼저 쥐(rat)에 뇌경색을 유발하게 한 다음 치료 군의 정맥을 통해 세리아 나노입자를 0.5 ㎎/㎏와 0.7㎎/㎏를 각각 주입하고 대조군엔 아무것도 하지 않았다.
이 결과 0.5 ㎎/㎏ 주입 군에서 뇌경색의 크기가 44.6%, 0.7 ㎎/㎏ 주입 군에선 50.2% 감소한 반면 대조군은 변화가 없었다.
뇌경색이란 뇌에 혈액을 공급하는 혈관이 갑자기 막혀 뇌조직의 손상이 발생하는 질환이다. 마비, 신경손상, 언어장애 등 다양한 국소적인 신경학적 증상이 발생하며, 후유장애가 남을 수 있다.
세리아 나노입자가 정상 뇌에선 뇌혈관장벽을 잘 통과하지 못해 정맥에 투여한 결과 뇌에 극소량이 분포됐다.
뇌경색과 주변부에선 뇌혈관장벽의 손상에 의해 상대적으로 과량이 퍼져 뇌경색 후에 발생하는 활성산소를 줄이는 효과와 발병 후 주요한 조직 손상을 입히는 세포자멸사(apoptosis)를 감소시켰다.
뇌혈관장벽은 뇌척수액과 혈액을 분리하는 내피세포, 성상교세포의 발 돌기 등으로 구성됐다.
세포자멸사(apoptosis)는 세포가 죽는 방식의 일종으로 조직 내의 세포가 단시간 내에 질서정연하게 스스로 죽음을 일으키는 것이다. 세포가 축소되거나 사이 틈새가 생기며 세포 내에서 DNA가 규칙적으로 절단돼 절편화된다. 마지막엔 세포 전체가 단편화돼 인접한 세포에 잡아 먹혀 일생을 마치게 된다.
이승훈 교수는 “높은 질병부담에 비해 효과적인 치료법이 부족한 뇌경색에서 최근 각광을 받고 있는 나노기술을 이용해 세리아 나노입자를 제작하고 이를 생체 내에서 적용, 뇌경색의 새로운 치료제 개발 가능성을 높였다”며 “하지만 이 결과는 실험적 쥐 모델에서 얻은 결과여서 사람에게 적용하기 위해선 심화연구가 필요하다”고 밝혔다.
연구팀은 이 같은 연구 성과로 저널 내 상위 5% 이내의 논문에만 수여하는 VIP (Very Important Paper: 매우 중요한 논문)로 선정되는 영예를 얻었다.
또 앙게반테 케미는 이 연구 결과를 보도자료로 배포, 해외 유수의 언론에 공개gtoT다.
이 연구결과는 세계적인 권위지 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition, 인용지수: 13.455)’에 게재될 예정이며 9월 온라인에 먼저 공개됐다.
이 연구는 보건복지부지정 보건의료연구개발사업 중개연구 중점연구사업의 지원으로 수행됐다.
기사최종편집일: 2024-04-29 11:36:38
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