고려대학교 구로병원(병원장 민병욱) 심장혈관흉부외과 김현구 교수 공동연구팀(KAIST 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수, 고려대학교 구로병원 김창근 박사과정, KAIST 장민철 박사과정)이 특발성 폐섬유증(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF) 치료를 위한 흡입형 피르페니돈(PFD) 나노소포체(PFD-PSNVs) 개발에 성공하며 권위있는 국제 학술지인 Journal of Controlled Release에 표지논문으로 선정됐다. 

특발성 폐섬유증(IPF)은 명확한 원인 없이 폐 조직이 점차적으로 딱딱해지며 호흡 기능을 잃게 되는 치명적인 희귀질환으로, 시간이 지남에 따라 결국 호흡부전으로 이어질 수 있다. 현재까지 승인된 치료법은 병의 진행을 늦추는 약물 몇 가지와 폐 이식이 전부이며, 그마저도 효과는 제한적이고 부작용 부담이 크다.

대표적인 치료제인 피르페니돈(Pirfenidone, PFD)은 경구 투여 방식으로 사용되지만, 비특이적인 작용 기전으로 인해 다양한 장기에 영향을 주며, 오심, 간독성 등의 전신 부작용이 빈번하게 보고되고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 전 세계적으로 해당 치료제 연구를 지속하고 있으며 최근들어 약물을 폐에 직접 효과적으로 전달하는 기술이 새로운 해결책으로 떠오르고 있다. 

김 교수 연구팀은 기존에 알약으로 복용하던 폐섬유증 치료제인 피르페니돈(pirfenidone)을 흡입하는 방식으로 바꿔 치료 효과를 극대화하고 부작용을 줄이기 위한 새로운 기술 개발에 초점을 맞췄다. 연구팀은 ‘폐 계면활성제’라는 자연 유래 물질을 활용해, 약물을 담을 수 있는 아주 작은 나노입자(지름 약 150나노미터)를 만들고 그 안에 피르페니돈을 넣었다. 이 흡입형 입자는 약물을 폐 깊숙한 곳까지 직접 전달해주며, 기존 흡입제보다 최대 4배 이상 오래 폐에 머무를 수 있는 구조로 설계됐다. 실제로 폐섬유증을 유도한 실험용 생쥐에 흡입 투여한 결과, 폐 조직의 손상과 섬유화가 크게 줄었고, 단 1/10 수준의 적은 용량으로도 기존 알약만큼의 치료 효과를 나타냈다.

흡입 치료제가 몸에 해롭지 않은지도 철저히 검증했다. 연구진은 생쥐에게 새로 만든 흡입제를 일정 기간 반복적으로 투여한 뒤 간, 심장, 신장, 폐 등 주요 장기의 조직 변화를 관찰하고, 피 검사로 간 기능 수치 등 전신 독성 여부를 평가했다. 그 결과, 흡입형 치료제를 투여한 실험군에서는 모든 장기에서 특별한 이상이 발견되지 않았고, 간수치나 독성 지표도 정상 범위 안에서 유지됐다. 반면, 기존 먹는 약을 고용량으로 투여한 실험군에서는 간수치가 상승하며 부작용이 확인됐다.

[그림1] 김 교수 연구팀은 폐 계면활성제 나노소포체에 피르페니돈을 넣어 동물실험을 진행한 결과 기존 약물양보다 소량으로도 섬유화를 억제하는 작용기전을 확인했다.

고려대 구로병원 심장혈관흉부외과 김현구 교수는 “이번 연구는 특발성 폐섬유증과 같은 난치성 폐질환 치료에서 약물 전달의 효율성과 안전성을 동시에 확보한 성과로, 흡입형 피르페니돈 나노소포체가 폐 심부까지 효과적으로 도달하면서 체내 부작용을 최소화할 수 있는 가능성을 확인하였다”며 “기존 경구 약물의 한계를 극복할 수 있는 대안으로서 의미가 크며, 향후 임상 적용을 위한 후속 연구를 통해 실제 환자 치료에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

KAIST 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수는 “본 연구는 생체모사 기반 약물 전달 기술과 임상적 요구를 반영한 융합 연구를 통해 도출된 의미 있는 성과다. 특히 폐 계면활성제를 활용한 나노소포체 플랫폼은 약물의 생체 적합성과 폐 조직 내 지속성을 동시에 충족시켜, 향후 다양한 난치성 호흡기 질환 치료에 폭넓게 응용될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다”며 “앞으로도 기초과학과 임상응용 간의 연계를 강화하여, 환자 중심의 실질적 치료 기술 개발에 지속적으로 매진할 예정이다”고 말했다. 

한편 이번 연구는 약물전달시스템 및 제어방출 기술 분야에서 세계적으로 권위 있는 국제 학술지인 Journal of Controlled Release에 ‘특발성 폐섬유증의 흡입 치료를 위한 폐 계면활성제 기반 피르페니돈 나노소포체 개발(Pulmonary surfactant-based pirfenidone-loaded nanovesicles for inhalation therapy of idiopathic pulmonary fibrosis) 제목으로 게재됐다.