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[바이오토픽] 혈소판으로 변장하여 면역계를 따돌리는 나노입자
의학약학 양병찬 (2015-09-17)
"혈소판막(膜)으로 코팅한 나노입자에 약물을 적재하면, 면역계에게 발각되지 않고 손상된 혈관 부위에 약물을 전달하거나 특정 세균을 겨냥할 수 있다."

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인간이 플라스틱이나 금속으로 만든 나노입자에 약물을 적재하면 인체의 특정부위에 약물을 전달할 수 있다. 그러나 인체의 자연방어시스템은 종종 나노입자를 외계의 침입자로 인식하고 공격하여 삼켜버린다는 게 문제였다.

장 리앙팡 박사가 이끄는 UCSD의 연구진은 《Nature》 9월 16일호에 기고한 논문에서, "약물을 운반하는 나노입자를 혈구세포로 위장시켜 면역계를 회피하게 하는 방법을 개발했다"고 보고했다. 혈구세포를 가장한 나노입자는 면역계의 탐지를 회피할 뿐 아니라, 혈소판의 속성을 이용하여 세균감염을 치료하고 손상된 혈관을 전통적 약물요법보다 효과적으로 복구한다고 한다.

연구진은 생분해성 폴리머 PLGA[poly(lactic-co-glycolic acid)]로 만든 직경 100나노미터의 입자를 인간의 혈소판에서 채취한 막(膜)으로 코팅했다. (참고로, 혈소판은 혈액 속에서 발견되는 세포조각으로, 조직이 손상된 부위에 축적되어 혈액응고 과정을 시작한다.)  그 결과, 면역계는 혈소판막으로 코팅된 나노입자를 외계의 침입자로 인식하지 않는 것으로 나타났다.

혈소판을 이용하여 면역계를 회피하려는 시도는 종전에도 있었다. 예컨대, 데니스 디셔 박사(나노공학)가 이끄는 펜실베이니아 대학교의 연구진은 선행연구에서, 혈소판막의 핵심부분인 CD47 단백질을 나노입자에 부착하여 면역계의 공격을 회피하게 할 수 있음을 입증한 바 있다(http://www.nature.com/news/stealth-nanoparticles-sneak-past-immune-system-s-defences-1.12478). 디셔 박사에 의하면, CD47은 '나를 잡아먹지 말라'는 신호를 면역계에 보낸다고 한다.

그러나 이번에 USCD의 연구진이 개발한 ‘위장한 나노입자’는 펜실베이니아 대학교 연구진이 개발한 것보다 성능이 우수한 것으로 평가된다. 의사이자 나노공학자인 브리검 여성병원의 오미드 파로크자드 박사가 《Nature》의 'News and Views'에 기고한 글에 의하면
(http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature15218.html), ‘위장한 나노입자’는 혈소판막 단백질 일습(一襲)을 갖춘 것이 최대장점이라고 한다.

1. 망토를 입은 자객

혈소판막으로 코팅된 나노입자는 다른 장점도 갖고 있다. 예컨대 MRSA(methicillin-resistant Staphylococcus aureus)와 같은 세균은 혈소판에 달라붙어 면역계의 공격을 회피하는 꼼수를 부리는 것으로 알려져 있다. 따라서 혈소판막으로 코팅된 나노입자에 항생제를 적재하면 MRSA 감염 치료에 사용할 수 있다. 또한 혈소판은 조직손상이 일어난 곳으로 이동하는 경향이 있으므로, 혈소판막으로 코팅된 나노입자에 약물을 적재하면 손상된 혈관을 치료하는 데 이용할 수도 있다.

"이번에 개발된 나노입자는 혈소판의 독특한 능력을 최대한 이용한다. 이것은 매우 혁신적인 접근방법이다"라고 UC 산타바버라의 사미르 미트라고트리 박사(화학공학)는 논평했다. (미트라고트리 박사는 이번 연구에 관여하지 않았다.)

① 장 박사가 이끄는 UCSD의 연구진은 '위장한 나노입자' 안에 항생제를 적재하여 MRSA에 감염된 마우스에게 주입한 후, 간과 비장에 존재하는 MRSA의 개체수를 측정해 봤다. 그 결과 나노입자에 적재된 항생제를 투여받은 마우스는 일반 항생제를 투여받은 마우스에 비해, MRSA의 개체수가 1/1000로 감소한 것으로 나타났다. 또한 감염 치료에 필요한 항생제의 용량도 1/6이면 족한 것으로 밝혀졌다. (다른 장기에서 검출된 세균도 현저히 감소했지만, 간과 비장만큼 인상적인 수치를 나타내지는 않았다.)

② 또한 연구진은 '위장한 나노입자' 안에 도세탁셀(docetaxel)을 적재하여, 손상된 동맥벽의 과도한 비후화를 예방하는지를 테스트해 봤다. (혈관벽의 비후화는 수술 후에 합병증을 초래할 수 있다.)  혈관이 손상된 랫트에게 나노입자를 투여해 보니, 나노입자는 손상된 혈관 부위에 축적되는 것으로 나타났으며, 일반적인 도세탁셀 요법에 비해 효과가 더 향상된 것으로 밝혀졌다.

"대식세포(macrophage)는 대부분의 나노입자를 파괴하는 것이 보통이다. '위장한 나노입자'가 대식세포의 감시망을 회피하여 혈관이 손상된 부위에 고용량의 약물을 전달하는 능력은 매우 인상적이다"라고 디셔 박사는 논평했다.

2. 해결되지 않은 의문

그러나 모든 전문가들이 '위장한 나노입자'의 탁월한 변장술을 인정하는 것은 아니다. "이번 연구에서 나노입자의 일부가 환부(患部)에 몰려들기는 했지만, 대다수의 나노입자가 신속히 간과 비장에 축적된 것으로 밝혀졌는데, 이는 대부분의 나노입자들이 아직도 간과 비장의 면역방어선을 뚫지 못했다는 것을 시사한다. 따라서 인체의 면역계가 '위장한 나노입자'에 대해 보이는 반응을 좀 더 면밀히 검토할 필요가 있다"라고 덴마크 코펜하겐 대학교의 모에인 목히미 박사(나노약학)는 논평했다.

장 박사가 이끄는 연구진은 향후 좀 더 많은 '위장된 나노입자'를 사용하여 연구를 수행하고, 임상시험에 착수하기에 앞서서 대형동물을 대상으로 동물실험을 실시할 예정이다. 혈소판은 혈액 속에서 세균과 암세포 주변에 몰려드는 경향이 있으므로, 연구진은 '위장된 나노입자'가 암세포를 겨냥하는지도 테스트할 계획이다.

"합성요소와 천연요소를 결합한 하이브리드 나노입자(hybrid nanoparticle)를 개발하려면 매우 길고 험난한 여정을 거쳐야 한다. 그러나 장담컨대, 나는 이 분야의 가능성이 무궁무진하다고 생각한다"라고 파로크자드 박사는 말했다.

※ 원문정보: Hu, C-M. J. et al., "Nanoparticle biointerfacing by platelet membrane cloaking", Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature15373 (2015)
※ 출처: http://www.nature.com/news/nanoparticles-disguised-as-blood-cell-fragments-slip-past-body-s-immune-defence-1.18380

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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로...
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