한국보건산업진흥원과 성균관대학교, 미국 하와이대학교 국제 공동연구팀이 코로나19 감염으로 인한 폐 염증과 조직 손상을 효과적으로 억제할 수 있는 차세대 나노약물 전달 기술을 개발하는 데 성공했다.

◆ 호중구만 정밀 표적하는 신개념 지질나노입자 기술

(제1저자) 신하은 박사, Stefanos Giannakopoulos 박사 (John A. Burns School Medicine, University of Hawai'i at Manoa), 박주동 학생(성균관대학교 융합생명공학과)(교신저자) 박우람 교수(성균관대학교 융합생명공학과), Saguna Verma 교수, Juwon Park 교수(John A. Burns School Medicine, University of Hawai'i at Manoa) 연구팀은 코로나19 감염 시 과도하게 활성화되어 폐 손상을 유발하는 면역세포 호중구만을 정밀하게 억제할 수 있는 신개념 지질나노입자(LNP) 기술을 개발했다. 

[(위 왼쪽부터) 성균관대 박우람 교수, 미국 하와이대 Saguna Verma 교수, Juwon Park 교수, (아래 왼쪽부터) 미국 하와이대 신하은 박사 및 Stefanos Giannakopoulos 박사, 성균관대 박주동 학생(박사과정)]

이번 연구의 핵심은 코로나19 중증 진행의 주요 원인으로 알려진 호중구 세포외덫(NET) 형성을 효과적으로 차단하여 염증과 폐 손상을 억제하는 것이다. 

호중구 세포외덫은 호중구가 세균이나 바이러스를 잡기 위해 세포 밖으로 뿌리는 그물망 형태의 DNA 및 단백질로, 이 과정에서 정상 폐조직까지 손상시켜 중증 폐 염증을 유발한다.

◆ 기존 치료제 한계 극복한 혁신적 접근법

코로나19 증상이 악화되는 현상 중 하나는 면역세포인 호중구가 과도하게 활성화되면서 호중구 세포외덫을 형성하고, 그 과정에서 정상 폐조직까지 손상시키는 것이다. 

기존의 호중구 세포외덫 억제 치료제는 분해속도가 빨라 약효 지속시간이 짧고, 표적 전달 효율성이 낮아 실질적인 치료 효과에 한계가 있었다.

국제 공동연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 코로나19 감염 마우스 동물모델을 활용해 폐 조직 내 호중구만을 선택적으로 표적할 수 있는 지질나노입자를 개발했다. 

이를 통해 호중구 세포외덫 억제제를 폐 내 호중구에 정확하게 전달하는 데 성공했다.

(그림 : 코로나19 감염 마우스 모델에서 호중구를 표적하는 지질나노입자가 세포외덫 분해 및 형성을 억제해 폐 손상을 낮추는 효과를 입증함)

해당 개발 기술은 기존 약물 대비 10분의 1 수준의 용량으로도 뛰어난 효과를 나타냈으며, 폐 염증과 조직 손상 등 코로나19 감염으로 인한 피해를 현저히 줄이는 결과를 얻었다. 

지질나노입자는 지방과 비슷한 물질인 지질로 만들어진 아주 작은 입자로, 약물이나 유전물질을 몸속 세포에 안정적으로 전달하는 운반체 역할을 한다.

◆ 향후 임상 적용 가능성 확대 기대

이번 연구의 책임자인 성균관대 박우람 교수는 “이번 연구는 한국과 미국 연구진이 함께 협력하여 폐 호중구를 정밀 표적함으로써 코로나19 및 다른 호흡기 질환의 세포외덫 관련 합병증을 최소한의 부작용으로 효과적으로 제어할 수 있음을 보여준 최초의 사례”라고 밝혔다.

이어 “향후 다양한 면역 조절제를 폐의 특정 세포에 전달하는 등의 연구 확장 가능성이 커, 국제적 협력 연구를 통해 임상 적용 가능성을 더욱 높일 계획”이라고 덧붙였다.

이번 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 추진하는 ‘글로벌연구협력지원사업’을 통해 2023년 7월부터 2024년 12월까지 수행됐다.

이번 연구결과는 약물전달 분야의 최상위 저널인 저널 ‘Journal of Controlled Release’에 ‘Lipid nanoparticles target neutrophils to reduce SARS-CoV-2-induced lung injury and inflammation’라는 내용으로 게재될 예정이다. 

한편 호중구는 세균이나 바이러스와 가장 먼저 싸우는 대표적인 면역 백혈구이지만, 과도하게 활성화되는 경우 정상 조직을 손상시킬 수 있다.

[메디컬월드뉴스 김영신 기자]

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