뇌까지 약물 전달한다... 신경 퇴행성 질환 치료제의 투과 높이는 나노운반체 개발

GIST 연구진, 생명공학 분야 국제 학술지에 연구 발표

이강택 광주과학기술원(GIST) 화학과 교수 연구진이 데 란짓(Ranjit De) 포스텍 신소재공학과 교수 연구진과 공동으로 ‘혈액-뇌 장벽’을 효율적으로 투과해 치료제를 중추신경계에 전달하는 고분자 나노운반체 기술을 개발했다. 사진은 연구를 이끈 이강택 교수(왼쪽)와 송요한 GIST 연구원./광주과학기술원(GIST)

국내 연구진이 신경계 퇴행성 질환 치료제의 체내 투과 효율을 높일 수 있는 나노운반체 기술을 개발했다.

광주과학기술원은 이강택 화학과 교수 연구진이 데 란짓(Ranjit De) 포스텍 신소재공학과 교수 연구진과 공동으로 ‘혈액-뇌 장벽’을 효율적으로 투과해 치료제를 중추신경계에 전달하는 고분자 나노운반체 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 연구 결과는 생명 공학 분야의 국제 학술지 ‘어드밴시스 인 콜로이드 앤 인터페이스 사이언스(Advances in Colloid and Interface Science)’에 지난달 온라인 게재됐다.

최근 신경계 퇴행성 질환을 치료하기 위해 다양한 종류의 약물이 개발되고 있지만 ‘혈액-뇌 장벽(Blood-Brain Barrier, BBB)’을 투과해 중추신경계에 약물 효과를 전달하기는 매우 어렵다고 알려져 있다. 혈액-뇌 장벽은 높은 선택적 투과성을 가진 생리적 막을 갖고 있어 신경독성을 유발할 수 있는 물질이 중추신경계(CNS)로 쉽게 투과될 수 없도록 차단한다. 그러나 다양한 치료용 약물 분자가 중추신경계로 들어가는 것도 함께 제한한다.

따라서 치료용 약물을 보호하고 혈액-뇌 장벽으로 운반 및 투과를 촉진할 수 있는 새로운 고분자 나노운반체를 설계하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이에 연구진은 약물 전달 시스템과 알츠하이머병, 파킨슨병 등과 같은 퇴행성 신경 질환을 모니터링하기 위한 나노입자 기반 치료제 모델을 연구해 왔다.

연구진은 이번 연구에서 고분자 나노운반체의 크기, 모양, 표면 전하 등 세 가지 요소가 혈액-뇌 장벽 투과 능력에 미치는 영향을 분석했다. 그리고 표적 전달을 달성하기 위해 나노입자 표면을 변형하는 데 사용되는 다양한 리간드의 역할도 평가했다. 리간드는 생체 분자와 복합체를 만드는 물질을 말한다. 그 결과 효과적인 혈액-뇌 장벽 투과에 적합한 나노입자의 크기는 50~150nm, 표면 전하는 -1mV에서 -45mV로 나타났다. 또 막대형 나노운반체는 유체 흐름에 있을 때 동일한 부피의 구형 나노운반체에 비해 더 나은 혈액-뇌 장벽 투과를 나타냈다.

이어 항체나 압타머, 펩타이드 등과 같은 물질을 사용하면 고분자 나노운반체의 표면 변형을 통해 혈액-뇌 장벽을 구성하는 내피세포를 표적으로 해 약물 손실을 최소화할 수 있는 것으로 판단했다. 이번 연구로 고분자 나노운반체 연구 개발에 나노운반체의 크기나 표면 전하, 표적 수용체 등의 핵심 설계 전략을 제시한 셈이다.

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

참고 자료

Advances in Colloid and Interface Science(2023), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cis.2023.103008

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