치료제 없는 인체 조직 섬유화증, 정밀 진단법 찾았다

천진우 IBS 나노의학 연구단장 연구팀
나노 자성-버블 기술로 생체 조직 경화도 측정 성공
살아있는 생쥐·오가노이드 실험도 성공해

세계적인 팝 스타 셀린 디온이 최근 강직인간증후군(Stiff-Person Syndrome)을 앓는 사실이 밝혀져 전 세계 팬들을 놀라게 했다. 장기가 딱딱하게 굳는 섬유화증의 일종인 이 병은 심할 경우 몸을 움직이는 것조차 힘들어지는 질병으로 100만명 중에 1명 꼴로 발생하는 희귀 질환이다.

섬유화증은 폐 섬유화, 간경화증, 동맥경화, 암 등 다양한 질병에서 나타나는데, 셀린 디온의 사례처럼 발견이 늦으면 생명을 위협할 만큼 치명적인 질병이다. 근본적인 치료제가 없기 때문에 조기진단이 무엇보다 중요하다. 문제는 현재의 기술로는 조직 검사를 하기 전에는 조직이 딱딱해지는 걸 측정하거나 발병 여부를 정확히 확인하는 것도 쉽지 않다는 점이다. 셀린 디온 측은 이 끔찍한 질병에 대한 치료법을 찾을 수 있기를 기대하고 있다고 밝혔다.

나노 자성-버블 모식도. 자기장(노란색)과 음파(보라색)에 민감하게 감응하도록 설계되어 조직 경화도를 정밀하게 탐지할 수 있는 입자다./IBS

국내 연구진이 섬유화증을 해결할 실마리를 찾았다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단 천진우 단장(연세대 화학과 교수) 연구팀은 인체 조직의 경화도를 초음파로 정확하게 탐지해 질병 진단이 가능한 새로운 나노기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 이번 연구는 캘리포니아 공과대학(Caltech)의 미카엘 샤피로(Mikhail G. Shapiro) 교수, 연세대학교 조승우 교수와 공동으로 진행했다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처 머티리얼스에 이날 실렸다.

초음파는 인체 조직 내부를 손쉽게 들여다볼 수 있는 대표적인 비침습적 의학기술이다. 하지만 인체 조직의 경화도까지는 정확하게 볼 수가 없다.

연구팀이 개발한 나노 자성-버블은 초음파의 성능을 강화시켜주는 조영제 역할을 한다. 나노 자성-버블은 가스로 채워진 단백질에 자성나노입자가 결합된 나노 구조체로서 생체 조직과 상이한 물성에 의한 음파 산란을 통해 고성능 초음파 조영제로 작용한다. 나노 자성-버블은 적은 자기장에도 진동이 강한 음파 산란을 발생시켜 기존보다 4~8배 더 밝고 정밀한 초음파 영상을 구현할 수 있다.

또 나노 자성-버블의 진동성은 주변 조직의 강도에 따라 변화한다. 기존 초음파 기술로는 측정이 어려웠던 생체 조직의 경화도를 의학적으로 중요한 압력 범위에서 뛰어난 민감도로 측정할 수 있는 것이다. 연구팀은 나노 자성-버블은 체내 부작용도 없어 생체 조직 경화도 변화를 장기간 추적할 수 있다고 설명했다.

1번은 나노 자성-버블과 자성 나노입자가 결합되어 있는 모습이다. 2번은 나노 자성-버블의 진동정도에 따라 정상조직에서는 강한 초음파 신호를 발생하고, 섬유화 조직에서는 주변이 단단해져 약한 초음파 신호를 발생하는 모습을 보여준다. 3번은 생체조직의 경화도에 따른 나노 자성-버블의 초음파 이미지다./IBS

연구팀은 이 기술을 활용해 살아있는 생쥐의 조직 경직화와 간 섬유화 발병을 비침습적으로 정확히 진단했다. 또 나노 자성-버블을 이용해 폐 섬유화를 유도한 오가노이드(인체 유사 장기)의 조직 경화를 측정해 폐 섬유화 발병과 진행을 관측하고, 치료제 효과를 확인하는 것도 성공했다.

천 단장은 “나노 자성-버블 기술은 치명적 경화증을 미연에 방지하는 새로운 의학 진단 플랫폼이 될 것”이라며 “질병 발생과 조직 경화의 관계를 파악하고 새로운 약물 치료제 개발이나 치료 방법을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

참고자료

Nature Materials, DOI : https://doi.org/10.1101/2022.05.26.493158

이번 연구에 참여한 국제 공동 연구진. 왼쪽부터 천진우 IBS 나노의학 연구단 단장, 미카엘 샤피로 캘리포니아 공과대학 교수, 조승우 IBS 나노의학 연구단 교수, 김휘수 IBS 나노의학 연구단 연구원, 민성진 연세대학교 연구원./IBS

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