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대사성 난치질환 MASH 치료 위한 차세대 엑소좀 기반 복합 치료 기술 개발
Bio통신원(DGIST)
- 등록2025.04.14
- 조회757
- DGIST 예경무 교수팀, 엑소좀 표면/내부 엔지니어링을 통해 세포 및 동물질환 모델에서 지방간, 염증 및 섬유화를 대폭 개선
- 생체 적합성 높고 간 특이적 약물 전달체로 치료 효율 극대화 기대
- 연구결과는 세계적 학술지‘Biomaterials’연구 성과 게재
DGIST(총장 이건우) 뉴바이올로지학과 예경무 교수 연구팀이 경북대학교 의과대학 백문창 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 대사성 난치질환인 대사이상 지방간 질환(Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis, 이하 ‘MASH’)을 효과적으로 치료할 수 있는 차세대 엑소좀 기반 약물전달 기술을 개발했다.
MASH는 비만, 당뇨 등 다양한 대사질환과 동반해 발병하는 복합적인 질환으로, 기존 치료제는 대부분 단일 병리 기전만을 표적하여 치료 효과에 한계가 있었다. 일부 후보물질은 심혈관계 부작용이나 장기 복용 시 안전성 문제로 임상시험에서 실패하거나 승인 지연 사례도 잇따르고 있다. 이러한 상황은 보다 안전하고 효과적인 복합 치료 전략의 필요성을 시사한다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 세포 간 신호 전달에 중요한 역할을 하는 생체 유래 입자인 ‘세포외 소포체(엑소좀)’의 표면과 내부를 동시에 엔지니어링하여 복합 병태를 갖는 MASH 치료에 특화된 이중 기능성 약물전달체를 구현했다.
엑소좀은 단백질, 지질, 유전물질 등을 포함하고 있으며, 체내에서 자연적으로 생성되기 때문에 기존의 지질 기반 약물전달 시스템(COVID-19 백신 등)에 비해 생체 적합성이 뛰어나고 독성이나 부작용이 낮아 차세대 약물전달체로 각광받고 있다.
이번 연구에서는 엑소좀 표면에 강력한 지방 연소 촉진 단백질인 FGF21(Fibroblast Growth Factor 21)을 부착하고, 내부에는 염증 및 섬유화 조절에 효과적인 miRNA-223을 탑재함으로써, MASH의 주요 병리 기전인 대사 이상, 염증, 섬유화를 동시에 조절할 수 있도록 설계되었다. 특히 해당 엑소좀은 간 조직에 특이적으로 전달되어 치료 효율을 극대화할 수 있다는 장점도 지닌다.
예경무 교수는 “이번 연구는 대사성 난치질환인 MASH에 대해 엑소좀을 활용한 새로운 복합 치료 개념을 제시한 첫 사례로, 기존 치료 전략의 한계를 극복할 수 있는 가능성을 보여준다”며, “향후 대량생산 체계 구축을 통해 실질적인 의약품 개발로 이어지길 기대한다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 DGIST의 그랜드챌린지연구혁신프로젝트(D-GRIP)의 지원을 받아 수행됐으며, 연구결과는 생체재료 분야의 권위 있는 국제학술지 ‘Biomaterials’에 게재됐다.
연 구 결 과 개 요
Engineered extracellular vesicles with surface FGF21 and enclosed miR-223 for treating metabolic dysfunction-associated steatohepatitis
(조한채, 주현지, 안용덕, 장주희, 조주형, 박은주, 강성민, 이재민, 서대하, 백문창*, 예경무*)
(Biomaterials, on-line published on 03.Apr.2025)
세대사 기능 이상 연관 지방간염(Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis, MASH)은 병태생리가 복잡한 진행성 간 질환으로, 단일 기전 치료(monotherapy)보다는 복합요법(combination therapy)이 요구된다. 세포외 소포(Extracellular vesicles, EVs)는 간에 효율적으로 전달되는 고유 특성을 지니며, 다양한 치료 물질을 탑재할 수 있어 유망한 치료제 전달체로 주목받고 있다. 본 연구에서는 EVs 표면에 섬유아세포 성장인자 21(Fibroblast Growth Factor 21, FGF21)을 발현시키고, 내부에는 miR-223을 탑재한 223/F-EVs를 제작하여 각각 지방간 개선과 염증·섬유화 완화를 동시에 유도하고자 하였다. 인간 간세포주에 223/F-EVs를 도입한 결과, 기저 상태와 유도된 상태 모두에서 지방 축적, 염증, 섬유화 마커가 유의하게 감소하였다. 또한 FGF21 억제 항체 또는 miR-223 억제제를 처리할 경우 223/F-EVs의 효과가 감소하는 것을 확인하여, 두 인자가 해당 치료 효과에 핵심적으로 기여함을 입증하였다. 콜린 결핍 아미노산 정의 고지방식이(CDAHFD)를 투여한 마우스 모델에서는 정맥 주사된 223/F-EVs가 간에 선택적으로 전달되었으며, 기존의 FGF21 단독 치료와 달리 골밀도 저하 없이 MASH 병태를 현저히 개선하였다. 종합적으로, 223/F-EVs는 FGF21과 miR-223을 간에 선택적으로 전달함으로써 다양한 병리 경로를 동시에 조절하며 MASH의 진행을 효과적으로 억제하는 전략적 이점을 제공한다. 본 연구는 MASH 치료를 위한 차세대 치료 전략으로서 설계된 EVs의 가능성을 뒷받침하는 견고한 기반을 마련한다.
연 구 결 과 문 답
이번 성과 무엇이 다른가
본 연구는 대표적 난치성 대사질환인 MASH에 대한 엔지니어링된 엑소좀 기반 신개념 치료 기술이다. 엑소좀 자체가 간에 잘 타깃팅된다는 특징과 엑소좀 표면과 내부에 엔지니어링을 통한 MASH의 3가지 발병 기전 모두를 아우르는 복합 치료약물이 수반되는 획기적인 기술이다.
어디에 쓸 수 있나
MASH는 이미 단일 기전 치료로는 개선이 어려운 것으로 알려져있다. 본 기술은 MASH 발병 기전 3요소인 지방간, 염증, 섬유화 모두를 동시에 제어함으로써 치료 효율을 극대화 할 수 있다.
실용화까지 필요한 시간과 과제는
본 기술은 아직 마우스 모델에서 효능과 기전 검증이된 상황이다. 향후 실질적인 치료 기술로 이어지기 위해선 안정적인 대량 생산 기술이 구축되어야한다.
연구를 시작한 계기는
엑소좀 엔지니어링을 위한 플랫폼 기술을 이미 구축한 상황에서 이를 활용하여 다양한 난치 질환에 적용하고픈 열망이 컸다. 그런 가운데 MASH라는 난치 대사성 질환이 눈에 띄었고, 엑소좀이 특히 간에 잘 전달되는 특징이 있어서 이를 약물 전달체로 사용하면 좋겠다는 생각에서 시작했다.
어떤 의미가 있는가
MASH치료용 복합기전을 통한 엑소좀 치료기술로서는 최초의 기술이 아닐까싶다. 아직 MASH 치료제가 적고(겨우 1종 FDA 허가 받음) 다양한 치료 기술이 절실히 요구되는 상황에서 본 연구는 그 대안으로 중요한 방향성을 제시한다.
꼭 이루고 싶은 목표는
자체적인 엑소좀 엔지니어링 기술을 활용하여 MASH나 종양같은 인류의 난치질환을 극복하는데 기여하고 싶다.
[그림 1] 엑소좀 표면과 내부 엔지니어링을 통한 MASH 치료 개요
엑소좀이 생체에 주입될 때 간으로 주로 전달된다는 점에 착안하여 엑소좀 표면과 내부에 MASH 치료에 필요한 3요소(지방간, 염증, 섬유화)를 제어가능한 물질을 엔지니어링하여 복합치료를 유도하는 전략. (출처: Biomaterials, 2025)
Engineered extracellular vesicles with surface FGF21 and enclosed miR-223 for treating metabolic dysfunction-associated steatohepatitis
(조한채, 주현지, 안용덕, 장주희, 조주형, 박은주, 강성민, 이재민, 서대하, 백문창*, 예경무*)
(Biomaterials, on-line published on 03.Apr.2025)
세대사 기능 이상 연관 지방간염(Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis, MASH)은 병태생리가 복잡한 진행성 간 질환으로, 단일 기전 치료(monotherapy)보다는 복합요법(combination therapy)이 요구된다. 세포외 소포(Extracellular vesicles, EVs)는 간에 효율적으로 전달되는 고유 특성을 지니며, 다양한 치료 물질을 탑재할 수 있어 유망한 치료제 전달체로 주목받고 있다. 본 연구에서는 EVs 표면에 섬유아세포 성장인자 21(Fibroblast Growth Factor 21, FGF21)을 발현시키고, 내부에는 miR-223을 탑재한 223/F-EVs를 제작하여 각각 지방간 개선과 염증·섬유화 완화를 동시에 유도하고자 하였다. 인간 간세포주에 223/F-EVs를 도입한 결과, 기저 상태와 유도된 상태 모두에서 지방 축적, 염증, 섬유화 마커가 유의하게 감소하였다. 또한 FGF21 억제 항체 또는 miR-223 억제제를 처리할 경우 223/F-EVs의 효과가 감소하는 것을 확인하여, 두 인자가 해당 치료 효과에 핵심적으로 기여함을 입증하였다. 콜린 결핍 아미노산 정의 고지방식이(CDAHFD)를 투여한 마우스 모델에서는 정맥 주사된 223/F-EVs가 간에 선택적으로 전달되었으며, 기존의 FGF21 단독 치료와 달리 골밀도 저하 없이 MASH 병태를 현저히 개선하였다. 종합적으로, 223/F-EVs는 FGF21과 miR-223을 간에 선택적으로 전달함으로써 다양한 병리 경로를 동시에 조절하며 MASH의 진행을 효과적으로 억제하는 전략적 이점을 제공한다. 본 연구는 MASH 치료를 위한 차세대 치료 전략으로서 설계된 EVs의 가능성을 뒷받침하는 견고한 기반을 마련한다.
연 구 결 과 문 답
이번 성과 무엇이 다른가
본 연구는 대표적 난치성 대사질환인 MASH에 대한 엔지니어링된 엑소좀 기반 신개념 치료 기술이다. 엑소좀 자체가 간에 잘 타깃팅된다는 특징과 엑소좀 표면과 내부에 엔지니어링을 통한 MASH의 3가지 발병 기전 모두를 아우르는 복합 치료약물이 수반되는 획기적인 기술이다.
어디에 쓸 수 있나
MASH는 이미 단일 기전 치료로는 개선이 어려운 것으로 알려져있다. 본 기술은 MASH 발병 기전 3요소인 지방간, 염증, 섬유화 모두를 동시에 제어함으로써 치료 효율을 극대화 할 수 있다.
실용화까지 필요한 시간과 과제는
본 기술은 아직 마우스 모델에서 효능과 기전 검증이된 상황이다. 향후 실질적인 치료 기술로 이어지기 위해선 안정적인 대량 생산 기술이 구축되어야한다.
연구를 시작한 계기는
엑소좀 엔지니어링을 위한 플랫폼 기술을 이미 구축한 상황에서 이를 활용하여 다양한 난치 질환에 적용하고픈 열망이 컸다. 그런 가운데 MASH라는 난치 대사성 질환이 눈에 띄었고, 엑소좀이 특히 간에 잘 전달되는 특징이 있어서 이를 약물 전달체로 사용하면 좋겠다는 생각에서 시작했다.
어떤 의미가 있는가
MASH치료용 복합기전을 통한 엑소좀 치료기술로서는 최초의 기술이 아닐까싶다. 아직 MASH 치료제가 적고(겨우 1종 FDA 허가 받음) 다양한 치료 기술이 절실히 요구되는 상황에서 본 연구는 그 대안으로 중요한 방향성을 제시한다.
꼭 이루고 싶은 목표는
자체적인 엑소좀 엔지니어링 기술을 활용하여 MASH나 종양같은 인류의 난치질환을 극복하는데 기여하고 싶다.
[그림 1] 엑소좀 표면과 내부 엔지니어링을 통한 MASH 치료 개요엑소좀이 생체에 주입될 때 간으로 주로 전달된다는 점에 착안하여 엑소좀 표면과 내부에 MASH 치료에 필요한 3요소(지방간, 염증, 섬유화)를 제어가능한 물질을 엔지니어링하여 복합치료를 유도하는 전략. (출처: Biomaterials, 2025)
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