나노기술 및 정책 정보

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한국연구재단(NRF)은 가천대학교 의예과 강동우 교수팀이 혈액 내 면역반응 유발 단백질을 나노입자에 부착하면 단백질의 구조가 심하게 뒤틀리고 면역반응이 활성화가 된다는 것을 규명했다고 16일 밝힘.

나노 크기(10~150 nm)의 약물전달체를 기반으로 하는 나노약물전달 시스템은 최근 COVID-19의 항체 형성을 위한 모더나 및 화이자 백신의 원천기술로 임상구현이 돼 나노 약물전달은 향후 다양한 난치성 질환의 치료제 및 백신으로 임상 적용이 가속화될 전망임.

나노물질이 혈액으로 주입되면 수많은 혈액 단백질들이 나노물질에 흡착되는 소위 “단백질 코로나”를 만든다고 알려져 있음.

하지만 나노 코로나의 면역반응으로 인하여 염증 및 독성 반응이 수반될 수 있기에 나노 코로나 현상에 대한 면역학적 이해는 매우 중요한 주제로 인식되고 있음.

이 단백질 코로나는 나노물질과 생체 단백질의 흡착을 유발하는 현상으로 면역반응에 노출되어 독성을 유발할 수 있다고 알려져 있음.

나노 코로나의 임상적인 적용을 위해 혈액에 존재하는 수많은 항체 및 혈장단백질들이 나노물질과 상호작용 시 차별적인 면역반응 메커니즘에 대한 이해가 필요하지만 나노 코로나의 선천 및 적응 면역반응 메커니즘은 알려진 사례가 없음.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 나노물질과 면역반응 유발 단백질을 결합하면 단백질의 구조가 심하게 변화되고 면역세포들이 활성화된다는 것을 규명함.

연구과정을 보면 나노물질인 나노튜브와 단백질 코로나를 인위적으로 결합시켜 구조적 변화를 분석하고 면역반응에 미치는 영향을 확인함.

이 과정에서 혈액 안에서 나노 물질과 반응하는 단백질은 알부민, 면역글로불린, 프로테아제, 알파 당단백질, 지방 단백질, 피브리노젠, 비트로넥틴 및 수많은 단백질로 구성됨.

이어 이들 단백질 중에서 면역반응과 관련 있는 면역글로불린, 알파 당 단백질을 나노물질에 인위적으로 반응시켰을 때 단백질의 구조가 심하게 뒤틀리는 현상(Conformational Changes)을 발견했고 면역 반응과 무관한 피브리노젠, 비트로넥틴을 나노물질에 인위적으로 결합하였을 때는 단백질의 구조변화가 전혀 일어나지 않음을 알아냄.

또 인위적으로 합성된 나노-코로나를 면역세포와 반응시 구조가 심하게 뒤틀린 나노-코로나는 면역세포의 반응이 매우 증가했지만 구조의 변화가 없는 나노-코로나는 면역세포의 반응이 전혀 없었음.

이후 인위적으로 형성한 나노-코로나를 쥐에 주입시켰을 때 구조가 심하게 변화된 나노-코로나는 선천 면역반응을 올릴 뿐 아니라 2주 후 T세포의 활성 및 B 세포의 항체도 증가함이 확인됨.

하지만 구조의 변화가 없는 나노-코로나는 어떠한 면역반응도 유도가 되지 않았음.

이 연구결과에 의하면 단백질 구조의 변화가 심하게 변한 나노-코로나를 이용하면 호중구, 자연 살해 세포(NK 세포), 세포독성 T세포(cytotoxicity T세포)의 증가가 가능하고 선천 및 적응 면역의 향상을 이용한 항암 면역 치료 및 바이러스 백신 개발에 활용될 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혀냄.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오의료기술개발 및 중견연구지원사업으로 수행됐고 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 3월 1일 게재됨.