심근경색 치료 길 열리나…심장세포 회복 물질 주사기술 개발

광주과기원, 주사형 하이드로젤 ‘아이엔젤’ 개발
심장세포의 에너지 대사 돕는 물질 전달에 활용
생쥐실험서 심장기능 개선 확인...미토콘드리아 회복 기여

심근 경색의 NAD+ 감소와 아이엔젤(iANgel)의 심장 보호 전략을 AI로 생성한 이미지. GIST 제공.

심근경색으로 손상된 심장을 회복시키는 물질을 심장에 주입 또는 부착해 전달하는 주사형 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST)은 류동렬 의생명공학과 교수와 신미경 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 교수가 공동으로 심근경색에 따른 손상된 심장세포의 에너지 대사를 회복시키는 물질을 직접 전달하는 주사형 하이드로겔 ‘아이엔젤’을 개발했다고 10일 밝혔다.

심근경색은 심장에 피를 공급하는 혈관이 막혀 심장 근육이 손상되는 질환이다. 심장 근육에 혈액과 산소 공급이 줄어들면서 세포의 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아의 기능도 떨어진다. 이로 인해 염증과 산화 스트레스가 증가해 심장 조직에 손상을 유발한다.

연구팀은 세포가 에너지를 만드는 데 필요한 생체 내 핵심 성분인 조효소 ‘니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드’(NAD+)에 주목했다.

NAD+는 심근경색 발생 후 심장 조직에서 급격히 감소하고, 이를 보충하면 손상된 심장 세포 회복을 돕는다.

하지만 NAD+를 보충하는 물질을 입으로 먹거나 혈관에 투여하면 혈액을 따라 온몸으로 퍼져 손상된 심장 조직에 충분히 전달되기 어렵다. 약물이 필요한 부위에 일정 시간 머물면서 약효가 작용하도록 하는 데도 한계가 있다.

연구팀은 체내에서 NAD+로 바뀌어 세포 에너지 대사에 활용되는 ‘니코틴아마이드 리보사이드’(NR)을 주사형 하이드로젤에 담았다.

여기에 약물을 붙잡아 서서히 방출하는 소재와 심장 조직에 잘 달라붙는 소재를 결합했다.

심장에 부착하면 NR을 머금은 하이드로젤은 빠르게 형성되고, 약물이 한꺼번에 빠져 나가지 않고 서서히 방출된다.

치료 물질을 필요한 부위에 집중적으로 전달하고, 지속적으로 공급할 수 있도록 구현한 것이다.

실제 실험에서 주사형 하이드로젤은 심장 조직에 부착된 상태에서 NR을 방출했고, 이를 투여한 심근경색 생쥐의 심장 조직의 NAD+ 수치가 회복됐다. 심장 수축 기능과 혈액을 내보내는 기능이 개선된 것이라고 연구팀은 설명했다.

특히 심장 근육에 직접 주사하고 심장 표면에 부착하는 방식을 병용했을 때 개선 효과가 두드러졌다.

반면 NR을 복강에 주사해 전신에 투여한 그룹에서는 개선 효과가 나타나지 않았다.

심장 초음파 검사에서 심장이 혈액을 내보내는 능력을 나타내는 박출률과 수축 기능이 개선됐고, 심전도 검사에서도 심근경색으로 인한 전기적 신호 이상도 완화됐다.

28일간 추적 관찰한 결과에서 심장 수축 기능과 심전도상의 개선 효과가 유지됐다.

연구팀은 NAD+가 세포 보호 기능 관련 단백질 ‘SIRT1’의 작용을 회복시켜 미토콘드리아를 보호하고 세포 손상을 줄여 심장 기능을 개선하는 작용 원리도 밝혀냈다.

류 교수는 “이번 연구는 심장에 치료 물질을 직접 전달하는 기술과 세포의 에너지 대사 회복을 결합했다는 데 의미가 있다”며 “막힌 혈관을 뚫어 혈류를 회복시키는 기존 재관류 치료와 병행해 심장 세포의 대사 회복을 돕는 보조 치료 전략으로 발전시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

연구결과는 재료과학·바이오소재 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 지난달 26일 온라인에 실렸다.

류동렬(왼쪽) GIST 의생명공학과 교수와 웨이쉬보 박사(공동 제1저자). GIST 제공.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr