국내 연구진이 뇌 질환 치료제 전달을 방해하던 '혈액-뇌 장벽'을 통과할 수 있는 기술을 개발했다.
20일 울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 박태은, 주진명 교수 연구팀은 뇌로 약물을 전달할 수 있는 '혈액-뇌 장벽 투과 압타머'(Aptamer)를 개발했다고 밝혔다.
혈액-뇌 장벽(Blood-Brain Barrier, BBB)은 중추신경계통(CNS)의 평형을 조절하는 생체 장벽으로 뇌 기능에 필요한 물질만 출입을 허용하고 외부물질의 침입으로부터 뇌를 보호하는 중요한 역할을 한다. 하지만 이로 인해 뇌 질환 치료를 위한 약물까지 통제돼 치료에 큰 걸림돌이 돼왔다.
현재 뇌 질환 치료제 전달을 위한 방법으로 '트로이 목마 전략'이 주로 이용된다. 뇌혈관 내피세포에 발현된 수용체나 운송 단백질 표적분자를 약물에 도입해 혈액-뇌 장벽을 통과하는 세포에 약물을 흡수시켜 뇌로 유입되도록 한다.
최근 이런 표적분자 중 하나로 '압타머'가 주목받고 있다. 압타머는 압타머는 3차원 구조의 짧은 뉴클레오타이드 가닥으로 표적하는 세포 또는 생체 조직에 높은 결합력을 가지기 때문에 저렴한 비용, 작은 크기, 낮은 면역 반응성 등 여러 이점이 있다.
기존에도 생체외 모델 또는 동물 모델의 압타머가 개발됐지만 실제 생체 기능을 구현하지 못하는 점과 종간 차이로 인해 효과적인 뇌 표적분자 개발이 어려웠다. 이를 해결하기 위해 유니스트 연구팀은 직접 개발한 '인공 혈액-뇌 장벽 칩'을 활용해 혈액-뇌 장벽을 투과하는 압타머와 이를 이용한 약물 전달 기술을 개발했다.
연구팀이 개발한 칩은 역분화줄기세포에서 유래된 뇌혈관 내피세포를 사용해 혈관을 모사하는 채널과 별아교세포와 혈관주위세포를 함께 배양하는 채널 2가지로 이뤄져 있다. 이를 통해 모사된 뇌 환경에는 생체와 같은 수준의 장벽을 가지며, 혈액과 같은 유체의 흐름까지 모사해 실제 생체 환경에 효과적인 압타머를 선별할 수 있게 됐다.
연구팀은 제작된 혈액-뇌 장벽의 혈관에 무작위 서열의 압타머를 넣고 뇌 내부로 전달되는 압타머를 선정하는 과정을 반복해 투과 효율이 높은 압타머를 선별했다. 이렇게 선별된 압타머 'hBS01'은 다른 압타머에 비해 2~3배 높은 투과 효율을 보였다.
연구팀은 "hBS01을 무작위 압타머와 비교했을 때, 뇌 혈관세포 모델에서만 특이적으로 높은 흡수율 및 투과 효율을 보였을 뿐만 아니라 뇌의 주요 구성 세포에서도 높은 투과 효율을 보였다"며 "이는 치매와 뇌종양 등 뇌관련 질환의 치료제 개발은 물론, 혈액-뇌 장벽 투과 제약으로 인해 임상 시험에 실패한 다양한 약물 후보군의 뇌 내 전달 효율 향상을 위한 전략으로써 활용 될 수 있을 것이다"고 밝혔다.
논문 제 1저자인 최정원 연구원은 "이번 연구는 뇌에 약물을 전달할 수 있는 새로운 가능성을 열어줬다"며 "여러 인공 장기 칩을 활용한다면 다양한 장기 표적 약물 전달체 개발에 더 광범위하게 활용될 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이번 연구에는 치매극복연구개발사업과 한국연구재단 우수신진지원사업, 기초연구실지원사업, 범부처재생의료기술개발사업 등의 지원을 통해 수행됐다. 또 나노과학분야 저명학술지인 ACS NANO 저널에 4월 17일 온라인 개제됐다.
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