류머티스관절염 진단 더 정확하고 빠르게

기초과학연구원, 병원체와 싸우는 대식세포 탐지 형광물질 개발

병원체와 싸우는 대식세포 'M1'만을 탐지하는 형광물질 'CDr17'을 이용한 체내 류마티스 관절염 진단 과정. IBS 제공

면역세포의 일종인 대식세포 중에서도 병원체와 싸우는 대식세포만을 탐지하는 형광물질이 개발됐다. 병원체에 대항하는 대식세포의 상태를 빠르게 알 수 있어 류머티스 관절염 등 자가 면역 질환을 정확하고 빠르게 진단할 수 있을 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 장영태 복잡계자기조립연구단 부연구단장 연구팀이 대식세포의 아류형인 ‘M1’ 세포만 선택적으로 탐지하는 새로운 형광물질 ‘CDr17’을 개발했다고 17일 밝혔다. 

대식세포는 선천적 면역을 담당하는 세포다. 외부 물질의 침입 혹은 이물질의 축적이 일어날 수 있는 곳에 분포한다. 바이러스 침입 등으로 면역계에 자극이 오면 비활성 대식세포(M0)는 M1과 M2라는 두 가지 유형으로 활성화된다. M1은 우리 몸에 침입한 외부 물질을 공격하는 반면 M2는 조직 재생을 담당한다.

질병 진단 및 새로운 치료제 개발을 위해서는 각 세포들의 특성과 세포에서 일어나는 현상을 실시간으로 파악해야 한다. 기존에는 비활성화 대식세포와 활성화 대식세포를 구분하는 물질이 발견된 정도다. 대식세포 중 특정 유형만 선택적으로 탐지할 수 있는 기술은 아직 개발되지 않아 대식세포에 의한 질병을 정확히 진단하기 어려웠다.

연구팀은 M1과 M2 대식세포의 대사 작용이 서로 다르다는 점에 주목해 각 유형을 구분할 수 있는 형광 분자 개발에 착수했다. 지방산을 소비해 에너지를 얻는 M2와 달리 M1 대식세포는 탄수화물이 주 에너지원이다. 연구팀은 80종의 탄수화물 기반 형광물질로 구성된 후보물질을  새롭게 구축하고, 이중 M1 대식세포만 선택적으로 염색하는 화합물을 찾아내 ‘CDr17’이라 이름 붙였다.

이번 연구에 참여한 조희원 포스텍 연구원은 “CDr17이 M1 대식세포만 선택적으로 염색하는 기전도 규명했다”며 “CDr17이 여러 유형의 대식세포 중 M1 대식세포에서만 과발현되는 ‘포도당 수용체 1(GLUT1)’을 이용하여 선택적으로 M1 세포를 염색한다는 것을 알 수 있었다”고 밝혔다.

연구팀은 또 동물실험에서 CDr17을 활용한 류머티스 관절염 진단에 성공했다. M1 세포가 과도하게 활성화되면 대식세포 간의 불균형으로 인해 류머티스 관절염 등 자가 면역 질환이 발생한다. 연구팀은 류머티스 관절염을 유발시킨 실험쥐에 CDr17을 정맥으로 주사했다. 주사 15분 만에 질병 부위의 M1 대식세포를 선별할 수 있었다. 류머티스 관절염이 심할수록 CDr17 형광 세기가 강해졌다. 비침습적인 방식으로 자가 면역 질환을 빠르고 정확하게 진단한 것이다.

장 부연구단장은 “이번 연구는 대식세포의 아류형 M1과 M2를을 구분할 수 있는 화합물을 개발한 첫 사례”라며 “M1 대식세포와 관련된 염증성 질환 진단 및 새로운 약물 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다”고 말했다. 연구결과는 국제학술지 '네이처커뮤니케이션즈' 온라인 판에 11일 게재됐다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]