GIST-POSTECH, 알츠하이머병 등 신경계 퇴행성 질환 약물 치료 가능성 제시

혈액-뇌 장벽 투과 치료제 중추신경계 전달 고분자 나노운반체 기술 개발
나노운반체 크기·표면 전하·표적 수용체 등 핵심 설계전략 새로운 방향성

BBB투과 및 약물 전달을 위한 고분자 나노운반체에서 현재까지 연구돼온 요인들.

광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 이강택 화학과 교수팀이 데 란짓 포항공과대학교(POSTECH)에 교수팀과 공동으로 알츠하이머병·파킨슨병 등과 같은 신경계 퇴행성 질환 치료제의 체내 투과 효율을 증가시킬 수 있는 나노운반체 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

연구팀은 최근 란타나이드를 포함하는 업컨버팅 나노입자(UCNP)의 광학적 특성을 측정하고 화학적 특성을 조절 및 수정한 뒤 단일세포 내에 주입시켜 실시간으로 관측하는 물리화학적 연구를 지속해 왔다.

신경계 퇴행성 질환을 치료하기 위해 다양한 종류의 약물이 개발되고 있지만 '혈액-뇌 장벽(BBB)'을 투과해 중추신경계에 약물 효과를 전달하는 것은 매우 어렵다.

혈액-뇌 장벽은 높은 선택적 투과성을 가진 생리적 막을 갖고 있어 신경독성을 유발할 수 있는 물질이 중추신경계(CNS)로 쉽게 투과될 수 없도록 차단할 수 있지만 다양한 치료용 약물 분자가 중추신경계로 들어가는 것도 함께 제한하기 때문이다.

나노전달체의 BBB 투과에 영향을 미치는 요인들.

연구팀은 고분자 나노운반체의 크기, 모양, 표면 전하 등 세 가지 중요한 요소가 혈액-뇌 장벽 투과 능력에 미치는 영향을 분석하고, 표적 전달을 달성하기 위해 나노입자 표면을 변형하는 데 사용되는 다양한 리간드의 역할도 평가했다.

효과적인 혈액-뇌 장벽 투과에 적합한 나노입자의 크기는 50~150㎚ 범위, 표면 전하는 -1 ~ -45 mV 범위이며 막대형 나노운반체는 유체 흐름에 있을 때 동일한 부피의 구형 나노운반체에 비해 더 나은 혈액-뇌 장벽 투과를 나타내는 것으로 관찰했다.

또한 항체, 압타머, 펩타이드 등과 같은 물질을 사용하면 고분자 나노운반체의 표면 변형을 통해 혈액-뇌 장벽을 구성하는 내피세포를 표적으로 하기 때문에 약물 손실을 최소화할 수 있는 것으로 판단했다.

이번 연구 성과는 체내 약물 투과 효율을 높여 신경계 질병의 치료제 개발에 새로운 방향성을 제시할 뿐 아니라 고분자 나노운반체 연구 개발에도 매우 중요한 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이강택 교수는“이번 연구는 신경계 퇴행성 질환의 약물 치료 효과를 극대화하기 위한 뇌 내 투과 효율을 높여 해당 질병의 치료제 개발에 새로운 방향성을 제시했다”면서 “잠재적인 염증 예방 및 임상 적용을 위해 나노전달체의 안전성에 대한 연구를 지속적으로 수행할 예정”이라고 말했다.

왼쪽부터 이강택 GIST 화학과 교수, 송요한 GIST 박사.

두 교수를 비롯해 송요한 GIST 송요한 박사(주저자)가 공동으로 수행한 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구사업과 창의도전사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구결과는 바이오 테크놀로지 분야의 저명한 국제학술지인 '콜로이드 및 인터페이스 과학의 진보'에 최근 온라인으로 게재됐다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com