보산진, 차세대 나노약물로 '코로나19 폐 손상' 억제

한미 공동연구진, 지질나노입자 기반 정밀 면역세포 표적 기술 개발... 중증 폐 염증 효과적 억제

[유창재 기자]

▲ 코로나19 감염 마우스 모델에서 호중구를 표적하는 지질나노입자가 세포외덫 분해 및 형성을 억제해 폐 손상을 낮추는 효과를 입증함. 이번 연구에서는 코로나19 감염 마우스 모델을 이용하여 폐 내 호중구를 정밀 표적하는 지질나노입자(LNP)를 개발함. LNP는 호중구 표면의 Ly6G에 결합하여 DNase I를 통해 호중구 세포외덫(NET)을 분해하고, Sivelestat을 통해 NET 형성을 억제함. 이를 통해 코로나19 감염 시 증가하는 호중구 침투, 폐 염증, NET 형성, 폐 상피세포 손상을 현저히 감소시키고, 결과적으로 콜라겐 침착 및 폐 손상을 억제하여 감염으로 인한 사망률을 낮추는 효과를 보였음 ⓒ 한국보건산업진흥원 제공

코로나19 감염으로 인한 폐 염증과 조직 손상을 효과적으로 억제할 수 있는 '차세대 나노약물 전달 기술'이 한·미 국제 공동 연구를 통해 개발하는데 성공했다.

한국보건산업진흥원(원장 차순도, 아래 보산진)은 9일 "박우람 성균관대학교 융합생명공학과 교수 연구팀과 미국 하와이대학교 연구팀이 코로나19 감염 시 과도하게 활성화되어 폐 손상을 유발하는 면역세포 호중구(Neutrophil)만을 정밀하게 억제할 수 있는 신개념 지질나노입자(Lipid Nanoparticle, LNP) 기술을 개발했다"고 밝혔다.

참고로 '호중구'란 세균이나 바이러스와 가장 먼저 싸우는 대표적인 면역 백혈구이나, 과도하게 활성화되는 경우 정상 조직을 손상시킬 수 있다. 그리고 '지질나노입자(LNP)'는 지방과 비슷한 물질인 지질로 만들어진 아주 작은 입자로, 약물이나 유전물질을 몸속 세포에 안정적으로 전달하는 운반체 역할을 한다.

보산진은 "이번 연구의 핵심은 코로나19 중증 진행의 주요 원인으로 알려진 '호중구 세포외덫(Neutrophil Extracellular Trap, NET)'의 형성을 효과적으로 차단하여 염증과 폐 손상을 억제하는 것"이라고 강조했다. 호중구 세푀외덫(NET)는 호중구가 세균이나 바이러스를 잡기 위해 세포 밖으로 뿌리는 그물망 형태의 DNA 및 단백질을 말한다.

보산진에 따르면, 코로나19 증상이 악화되는 현상 중 하나는 면역세포인 호중구가 과도하게 활성화 되면서 호중구 세포외덫(NET)을 형성하고, 그 과정에서 정상 폐조직까지 손상시켜 중증 폐 염증을 유발하는 것이다. 기존의 호중구 세포외덫(NET)을 억제시키는 치료제는 분해속도가 빨라 약효 지속시간이 짧고, 표적 전달 효율성이 낮아 실질적인 치료 효과는 한계가 있었다.

이에 한-미 국제 공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 코로나19 감염 마우스 동물모델을 활용해 폐 조직 내 호중구만을 선택적으로 표적할 수 있는 지질나노입자(LNP)를 개발하고 이를 통해 호중구 세포외덫(NET) 억제제를 폐 내 호중구에 정확하게 전달하는 데 성공했다.

해당 개발 기술은 기존 약물 대비 10분의 1 수준의 용량으로도 뛰어난 효과를 나타냈으며, 폐 염증이나 조직 손상 등 코로나19 감염으로 인한 피해를 현저히 줄이는 결과를 얻었다고 한다.

박우람 교수(연구 책임자)는 "이번 연구는 한국과 미국 연구진이 함께 협력하여 폐 호중구를 정밀 표적함으로써 코로나19 및 다른 호흡기 질환의 세포외덫 관련 합병증을 최소한의 부작용으로 효과적으로 제어할 수 있음을 보여준 최초의 사례"라면서 "향후 다양한 면역 조절제를 폐의 특정 세포에 전달하는 등의 연구 확장 가능성이 커, 국제적 협력 연구를 통해 임상 적용 가능성을 더욱 높일 계획"이라고 전했다.

또한 박 교수는 이번 연구의 성과에 대해 "기존의 치료법은 NET 형성 억제에 효과적이었지만, 약물의 낮은 안정성과 폐 내 특정 세포로의 낮은 표적 전달 효율성으로 인해 치료 효과가 제한적이었다"면서 "이번 연구에서는 지질나노입자를 개발하여 DNase I와 Sivelestat을 폐 내 호중구에 정확하고 안정적으로 전달할 수 있게 되어 낮은 농도로도 높은 치료 효과와 최소한의 부작용을 동시에 달성했다"고 설명했다.

한편, 이번 연구는 보건복지부(장관 조규홍)와 한국보건산업진흥원이 추진하는 '글로벌연구협력지원사업'을 통해 2023년 7월부터 2024년 12월까지 수행됐으며, 연구 성과는 약물전달 분야의 최상위 저널인 <저널 오브 컨트롤드 릴리즈(Journal of Controlled Release)>에 6월 10일에 게재될 예정이다.

▲ 한미 공동연구팀 ⓒ 한국보건산업진흥원 제공