박희호 교수팀, 「코로나19 급성 호흡곤란 증후군 조절 나노치료제」 개발

■ 박희호 교수팀,

「코로나19 급성 호흡곤란 증후군 조절 나노치료제」 개발

｜ 중증 코로나바이러스 감염증-19 치료 위한 생체적합 나노입자 개발

강원대학교 문화예술·공과대학 화학생물공학부 박희호 교수, 박우람 교수(가톨릭대학교), 안준홍 교수(영남대학교병원), 이원화 박사(한국생명공학연구원), 박천권 교수(성균관대학교)가 참여한 공동연구팀이 중증 코로나19(COVID-19) 환자의 급성호흡곤란증후군(Acute respiratory disress syndrome, ARDS) 패혈증(sepsis) 환자의 중증도를 선별할 수 있는 바이오마커를 발견하고, 이를 활용한 생체적합 재료 기반 범용 나노입자 치료후보 물질을 개발하였다고 밝혔다.

연구팀은 이러한 연구 결과를 첨단 생체재료 분야의 세계적인 학술지인 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials, IF=10.317, JCR 상위 3%)’ 10월 23일자(미국 현지시간) 온라인판을 통해 공개했다.

논문 제목은 ‘Long-acting nanoparticulate DNase-1 for effective suppression of SARS-CoV-2-mediated neutrophil activities and cytokine storm’이며, 현재 코로나 바이러스에 대항하는 백신이나 뚜렷한 치료법이 없는 가운데 이번 연구로 중증으로 악화되거나 중증환자의 합병증으로 인한 사망을 예방할 수 있는 생체재료 기반 나노입자 치료제로 수립할 수 있을 것으로 기대된다.

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-1의 농도가 매우 낮음을 확인하였다. 또한 패혈증과 같은 여러 합병증을 유발하는 NETosis를 억제하기 위해 생체재료 기반 나노기술을 이용하여 장시간 체내 DNase-1의 혈중농도를 유지하는 신개념 나노입자를 개발하였다.

공동 연구팀은 poly(lactic-co-glycolic acid)-dopamine-polyethylene glycol (PLGA-PD-PEG)의 우수한 생체적합성 및 체내에서 장시간 순환 가능한 나노입자을 제작하였으며, NETosis의 주성분인 DNA를 분해하는 생체분자인 DNase-1을 PLGA-PD-PEG 나노입자 표면에 접착(PLGA-PD-PEG-DNase-1)시켜 혈중에서 장시간 치료효과를 보일 수 있는 나노입자(Long-acting DNase-1)를 제작하였다.

본 연구에서 Long-acting DNase-1 나노입자가 혈중에서 장시간 약효가 유지됨을 확인하였다. 또한, 중증 코로나 바이러스 환자샘플과 패혈증 동물모델에서 Long-acting DNase-1 나노입자를 투여하는 것이 DNase-1 단독 투여보다 유의미한 차이를 보이며 NETosis를 억제함으로서 과염증 반응을 낮춰 전신 염증을 완화하고 사망률을 낮추는 것을 확인하였다.

박희호 교수는 “이번 연구 결과는 중증 코로나19 환자가 급성 호흡기 증후군, 폐렴, 패혈증으로까지 진행되는 것을 예방하는데 도움이 될 것으로 기대한다”며 ＂Long-acting DNase-1 나노입자 나노약물전달체＂가 향후 중증 코로나 바이러스 환자의 NETosis 현상을 억제하여 중증으로의 진행을 예방하는 치료제 후보로써 사용될 수 있기 바란다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구실（BRL）의 지원을 받아 진행됐다.