나노기술 및 정책 정보

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유행성 감기는 독감 바이러스로 인해 발생되는 호흡기 전파 질병으로서 역사상 매번 독감 바이러스의 대유행은 인류건강과 사회경제에 막대한 손실을 가져옴. 현재 독감에 대한 예방 통제에서 사용하는 일상적인 방법은 독감 바이러스의 활성화를 막는 백신을 근육주사하는 방법인데 근육 주입 경로 백신은 점막 부위에서 특이성 SIgA 점막 항체를 유도하기가 어려워 바이러스의 침입과 전파를 효과적으로 차단하기 어려운 상황에 처해 있음.

비강은 독감 바이러스가 숙주로 들어가는 주요 입구가 되고 있는데 만약 비강과 상부 호흡기에 효과적인 점막을 형성하여 보호를 할 수 있다면 독감 바이러스의 조기 침입을 효과적으로 차단할 수 있지만 현재 존재하고 있는 관건적인 문제는 독감 바이러스 백신이 점막 장벽을 뚫기 어렵고 비강 점막을 통해 효과적인 면역 응답을 유도하기 어렵다는 점임.

이런 문제점을 해결하기 위해 중국과학원 생물물리 연구소 산하 "중국과학원 나노효소 공정 실험실" 소속 가오리정(高利增) 연구원 연구팀은 산화철 나노효소(IONzyme) 촉매 특성을 기반으로, "촉매 면역 첨가제(Catalytic immunoadjuvant)"에 대한 새로운 전략을 제안하고, 나노효소 촉매 첨가제로 개발한 독감 백신으로 비강 점막 면역을 증진시키는데 성공함.

산화철 나노 효소는 2007년에 가오리정(高利增), 옌시윈(閻錫蘊) 연구원 연구팀이 최초로 발견한 과산화물 효소 활성과 유사한 나노효소에 속하며, 가오리정(高利增), 옌시윈(閻錫蘊) 연구원 연구팀은 장기간 산화철 나노효소 디자인, 촉매 메커니즘과 바이오의학 응용 관련 연구를 수행해 왔으며, 관련 연구개발 성과를 체외진단, 암치료, 항균/항바이러스 등 다양한 분야에 폭넓게 응용하였음.

연구팀은 산화철 나노효소로 개발한 독감 바이러스에 효과적인 백신이 비강 점막 면역을 강화시키는 연구 결과를 기반으로 하여 한 편으로 나노효소를 탑재체로 하여 점막 장벽을 뚫고 독감 바이러스를 소멸하는 백신을 효과적으로 전달할 수 있도록 하였으며, 다른 한 편으로 나노효소를 이용하여 ROS 특성 유도를 조정 제어하는 높은 수준의 점막 면역 응답을 실현하고 최종적으로 백신 면역 효과를 향상시켰음.

연구팀은 우선 산화철 나노효소 표면에 일정량의 키토산(chitosan)을 수정시켜 놓고, 촉매 활성을 향상시킨 동시에 나노효소 표면으로 하여금 대량의 양전하를 띨 수 있게끔 하였으며, 수정 후의 나노효소와 음전기성으로 하여금 독감 바이러스 입자와 결합될 수 있도록 하고, 나노 효소/독감 바이러스 소멸 복합체를 형성시킨 동시에 음전기성 비강 상피 표면 점착을 통해 백신의 점막 표적전달 효율성을 뚜렷이 향상시켰음.

연구팀은 관련 연구를 통해 나노효소는 점막 상피 세포 TLR2/4 수용체 통로를 활성화 시키고 수렴 인자(chemotactic factor) CCL20 분비를 촉진하고 DC 세포를 점막 하부 부위로 빠르게 모집하여 상피에 걸쳐 비강 독감 항원을 섭취할 수 있다는 점을 입증하였음 복합체로 하여금 DC 세포에 의해 포착된 후 나노효소는 리소좀 산성 환경에서 과산화물 효소 활성을 발휘하여 ROS 수준을 뚜렷이 향상시키고 수지상 세포(dendritic cell)의 성숙 분화를 촉진하고, 다운스트림에서 일련의 천연 면역 반응을 한층 더 활성화시킬 수 있음을 입증하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 DC 세포는 가까운 림프절-목림프절로 이동하여 가공 처리된 독감 항원을 T 림프 세포에 전달하고, 높은 수준의 IgA 점막 면역 반응과 IgG 전신 면역 반응을 유도한다는 점을 발견하였음. 동물 면역 및 독극물 실험 결과, 나노효소/독감 바이러스 불활성화 복합체를 "2차례 코에 넣는 방식"으로 코에 넣게 되면 실험용 마우스로 하여금 H1N1 독감 바이러스의 치명적인 공격에서 완전히 보호될 수 있음을 입증하였음.

산화철 나노효소는 생물 안정성이 이상적이고, 원가가 저렴하고, 생물 안전성이 높기 때문에 신형 점막 백신 연구개발에서 첨가제로 널리 사용될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Advanced Science’ ("Mucosal Vaccination for Influenza Protection Enhanced by Catalytic Immune‐Adjuvant") 지에 게재됨.