연합뉴스 문다영 기자
2020년 10월 26일
나노기술을 이용한 중증 코로나바이러스 감 염증-19 및 패혈증 치료제 개발
■ 박희호 교수팀, 「코로나 중증환자 패혈증 조절 나노치료제」 개발
｜ 나노기술을 이용한 중증 코로나바이러스 감염증-19 및 패혈증 치료제 개발
강원대학교 문화예술·공과대학 화학생물공학부 박희호 교수, 박천권(성균관대학교), 이원화 박사(한국생명공학연구원), 안준홍 교수(영남대학교병원), 박우람 교수(가톨릭대학교)가 참여한 공동연구팀이 코로나19(COVID-19) 및 패혈증(sepsis) 환자의 중증도를 선별할 수 있는 바이오마커를 발견하고, 이를 활용한 나노재료 기반 범용 치료후보 물질을 개발하였다고 밝혔다.
연구팀은 이러한 연구 결과를 첨단 소재 분야의 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF=15.84, JCR 상위 5%)’ 10월 20일자(미국 현지시간) 온라인판을 통해 공개했다.
2020년 한국을 포함한 전세계적인 코로나19 유행으로 현재까지 4000만명이 넘는 감염자와 100만명이 넘는 사망자가 발생하고 있다. 코로나19 감염은 과염증 반응을 일으켜 국소 및 전신 조직 손상을 초래할 뿐만 아니라, 경증 호흡기 질환에서 중증 진행성 폐렴, 급성 호흡기 증후군 및 패혈증 같은 합병증을 유발한다.
현재 코로나 바이러스에 대항하는 백신이나 뚜렷한 치료법이 없으며, 중증으로 악화되거나 사망하는 환자들을 예측할 수 있는 바이오마커도 없는 실정이다. 공동연구팀은 이번 연구에서 코로나19 환자의 혈액을 이용하여 병의 경중을 예측할 수 있는 바이오마커를 발견하였고, 이러한 바이오마커를 이용하여 중증환자의 합병증으로 인한 사망을 예방할 수 있는 생체재료 기반 나노치료제를 개발하였다.
중증 코로나 환자는 급성 호흡곤란 증후군의 증상을 보이고, 특히 폐 조직이 심하게 손상된다. 이에 대응해 호중구와 같은 다양한 혈액내 면역세포들이 바이러스 감염으로부터 숙주를 보호하기 위해 면역반응을 보이지만, 지나치면 오히려 독이 되어 정상세포를 공격하게 된다. 이러한 호중구의 비정상적인 활성화로 인해 과염증반응으로 세포가 사멸되는 과정을 NETosis (neutrophil extracellular trap formation)라고 한다. NETosis 현상은 호중구가 염색질과 과립 단백질로 구성된 망상구조를 형성하여 정상세포를 공격하면서 신체 내 과도한 염증 반응을 유발하여 세포를 사멸시킴으로써 급성 호흡기 증후군 및 패혈증 등 여러 합병증을 유발한다.
본 연구에서는 중증 코로나 환자의 혈액에서 NETosis 관련 인자들이 정상인과 경증 환자에 비해 매우 높게 발현되었음을 발견하였고, 이를 억제할 수 있는 체내 DNase-Ⅰ의 농도가 매우 낮음을 확인하였다. 또한 패혈증과 같은 여러 합병증을 유발하는 NETosis를 억제하기 위해 생체재료 기반 나노기술을 이용하여 장시간 체내 DNase-Ⅰ의 혈중농도를 유지하는 신개념 나노입자를 개발하였다.
공동 연구팀은 오징어 먹물의 주성분인‘멜라닌’의 우수한 생체적합성과 접착특성에 착안하여 체내에서 장시간 순환 가능한 나노입자을 제작
하였으며, NETosis의 주성분인 DNA를 분해하는 생체분자인 DNase-Ⅰ를 멜라닌 나노입자 표면에 접착시켜 혈중에서 장시간 치료효과를 보일 수 있는 나노입자를 제작하였다.
본 연구에서 DNase-Ⅰ가 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자가 혈중에서 장시간 약효가 유지됨을 확인하였다. 또한, 중증 코로나 바이러스 환자샘플과 패혈증 동물모델에서 DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자를 투여하는 것이 DNase-Ⅰ 단독 투여보다 유의미한 차이를 보이며 NETosis를 억제함으로서 과염증 반응을 낮춰 전신 염증을 완화하고 사망률을 낮추는 것을 확인하였다.
따라서 본 연구 결과는 DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자가 중증 코로나 바이러스 환자의 NETosis 현상을 억제하여 급성 호흡기 증후군, 폐렴, 패혈증으로의 진행을 예방하는데 도움이 되며, 코로나 바이러스 치료에 큰 효과를 보일 수 있다는 점을 시사한다.
이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구실(BRL)의 지원을 받아 진행됐다.