약물을 면역세포로 표적 부위까지 이동시켜 약물만 직접 이동시키는 것보다 전달 효율을 높인 새로운 플랫폼이 개발됐다.
연세대학교 의과대학 의학공학교실 성학준‧유승은 교수, 김주은 박사과정생, 세브란스병원 심장내과 정세용 강사 연구팀은 아스피린을 면역세포인 단핵구에 태워 염증 부위까지 이동시키면 약물을 세포에 전달하는 비율이 최대 30배 상승한다고 26일에 밝혔다.
이번 연구 결과는 소재 분야 유명 저널 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼스(Advanced Funtional Material, IF 18.5)’에 게재됐다.
아스피린은 염증과 혈소판 응집을 동시에 억제하는 약물로 염증성, 심혈관질환에 널리 사용되고 있다. 신체 내 간을 통해 빠르게 대사되기 때문에 작용시간이 짧으며 염증이 국소적으로 존재하는 조직이나 혈관 병변에 정밀하게 표적하기 어려운 한계가 있다.
연구팀은 이러한 약물 전달 체계의 한계를 극복하기 위해 매개체에 약물을 태워 세포 간 전달할 수 있는 새로운 시스템을 개발했다.
먼저 아스피린을 작은 구형 나노입자에 탑재한 후 마우스 꼬리 정맥에 주입했다. 주입한 아스피린과 나노입자는 면역 기능을 담당하는 비장으로 이동하고 여기서 면역세포인 단핵구가 흡수한다. 단핵구는 염증신호가 발생한 병변 부위로 이동해 나노입자에 탑재한 아스피린을 운반한다.
이후 단핵구는 세포외소포를 만들어 내부 아스피린을 주변 염증세포와 혈소판에 전달하는 핸드오버 메커니즘을 작동시킨다. 세포외소포는 세포 내 물질을 포장해 이웃세포에 전달하는 물체다. 이때 염증세포는 카베올린이라는 단백질은 발현해 아스피린을 받아들인다. 이번 연구에서는 염증이 심할수록 이 단백질이 늘어나 세포 간 약물 전달의 핵심 역할로서 작용한다는 사실을 영상으로 확인했다.
연구팀은 다리 근육, 간, 혈관 등 다양한 조직에 염증을 유도한 마우스를 대상으로 개발 시스템의 효과를 검증했다. 염증 지표인 COX-2 효소의 억제효과가 핸드오버 방식으로 아스피린을 투입했을 때 아스피린만 넣었을 때보다 약물이 30배 더 전달돼 90% 향상했다. 또한 세포외소포를 통해 아스피린을 혈소판에 전달했을 때 정맥 주사 한번으로 항혈전 효과가 7일 이상 지속했다. 아스피린만 넣으면 지속효과는 2시간 30분에 불과했다.
성학준 교수는 “이번 연구는 염증 반응에 따라 활성화하는 세포 간 약물 전달 메커니즘을 영상으로 규명한데 큰 의미가 있다”며 “단순한 표적 전달을 넘어 치료 효과를 주변 세포로 확산시킬 수 있는 정밀 치료 플랫폼으로, 암이나 심혈관질환 등 다양한 질환에 폭넓게 응용할 수 있다”고 말했다.
