당뇨병 상처 회복 '스위치' 끈 대식세포…바나듐 유리가 켰다

중국 연구진이 당뇨병으로 인해 잘 낫지 않는 만성 상처를 1주일 만에 아물게 하는 바나듐(vanadium) 함유 나노유리 소재를 개발했다.

중국 육군의과대학 연구팀은 최근 국제학술지 '신호전달 및 표적치료(Signal Transduction and Targeted Therapy)'에 이 같은 내용의 연구 결과를 발표했다. 당뇨병 환자의 상처 치유가 더딘 이유는 면역세포인 대식세포가 염증 단계(M1)에 머물러 복구 단계(M2)로 전환되지 못하기 때문이다.

연구팀은 바나듐이 첨가된 약 500나노미터(nm) 크기의 생체활성 유리 나노입자를 개발했다. 바나듐은 인슐린과 유사한 구조를 가져 혈당 강하 효과가 연구된 바 있으며, 이 소재는 체내에서 바나듐 이온을 서서히 방출한다.

연구 결과, 이 소재는 고혈당 환경에 놓인 대식세포의 인슐린 수용체를 활성화하는 것으로 나타났다. 활성화된 인슐린 신호는 'PI3K-AKT' 신호전달 경로를 거쳐 포도당 수송체인 'GLUT4'의 발현을 늘렸다. 이는 세포가 외부의 포도당을 효율적으로 흡수하도록 돕는다.

포도당을 원활하게 공급받은 대식세포는 에너지 생성 방식이 바뀐다. 염증을 유발하는 M1형 대식세포가 주로 사용하는 비효율적인 '해당과정' 대신, 조직을 복구하는 M2형 대식세포의 주 에너지원인 '미토콘드리아 산화적 인산화'가 크게 활성화됐다.

나아가 연구팀은 이 소재가 후성유전학적 변화도 유도함을 확인했다. 증가한 미토콘드리아 활동은 특정 히스톤(H3K9)의 아세틸화를 촉진해, 조직 복구에 필요한 유전자들의 발현을 돕는 '스위치'를 켜는 역할을 했다.

연구팀은 실용성을 높이기 위해 이 나노입자를 포도당 농도에 반응하는 하이드로겔에 탑재했다. 이 하이드로겔은 당뇨병성 상처 부위의 높은 포도당 농도에 반응해 팽창하며 바나듐 이온 방출을 가속화한다.

당뇨병을 유발한 쥐의 등에 직경 6mm의 상처를 내고 이 하이드로겔을 부착한 결과, 상처가 1주일 만에 완전히 치유됐다. 또한 상처 부위의 염증 인자(TNF-α, IL-6)는 감소하고 항염증 인자(IL-10)와 M2형 대식세포 비율은 크게 증가했다.

이번 연구는 성장인자나 줄기세포 없이 소재만으로 면역세포의 대사를 재프로그래밍해 만성 상처를 치료할 수 있는 새로운 길을 열었다는 평가를 받는다.