여러 장기 허혈 손상, 하나의 나노 소재로 표적 치료 가능성

국내 연구진이 여러 장기에 공통으로 나타나는 허혈 손상을 하나의 나노 소재로 표적 치료할 가능성을 제시했다.

원저우의과대학 제2부속병원·위잉아동병원과 국과원저우연구원 공동 연구팀은 유도만능줄기세포(iPSC)에서 분화시킨 내피세포 기반 나노 소재가 다양한 허혈성 질환 모델에서 혈관 재생과 조직 회복을 이끌었다고 21일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '셀 리포트 메디신(Cell Reports Medicine)'에 게재됐다.

연구팀은 스테로이드성 대퇴골두 괴사, 허혈 피판, 심근경색, 허혈성 뇌졸중 등 장기는 다르지만 '혈관 내피 손상과 산화 스트레스'라는 공통 병리를 지닌 질환들에 주목했다.

혈액 공급이 끊기면 미토콘드리아 기능 장애로 활성산소가 쌓이고, 이로 인해 내피세포가 죽고 미세순환이 무너진다. 연구팀은 내피세포를 보호하고 혈관망을 다시 세우는 것이 조직 회복의 관건이라고 봤다.

연구팀은 iPSC 내피세포에서 추출한 나노 소재(NMUiECs)가 다른 세포 기반 소재보다 내피 친화력과 혈관 생성 능력이 뛰어나다는 점을 확인했다. 다만 과산화수소 등 손상 환경에서는 그 효능이 크게 떨어졌다.

이에 연구팀은 지름 3∼5㎚(나노미터)의 세륨 산화물(CeO₂) 나노효소를 표면에 결합한 'CeO₂-NMUiECs'를 만들었다. 나노효소는 활성산소를 제거해 세포 사멸을 줄이고, 나노 소재는 내피세포의 이동과 증식을 되살리는 식으로 상호 보완했다.

이 소재는 '허혈 조직 귀소-손상 내피 인식'이라는 이중 표적 기능을 갖췄다. 허혈 부위에서 늘어나는 신호 물질(SDF-1)에 반응해 병소로 향하고, 도착 뒤에는 내피세포에 우선 흡수됐다.

동물 실험에서도 효과가 확인됐다. 대퇴골두 괴사 모델에서는 혈관망과 뼈 구조가 개선됐고, 피판 모델에서는 생존율이 높아졌다. 심근경색 모델에서는 심장 기능이, 뇌졸중 모델에서는 신경 기능이 각각 회복됐다.

안전성 측면에서도 쥐 반복 투여와 미니돼지 연속 투여에서 뚜렷한 독성이 관찰되지 않았다. 미니돼지 허혈 피판 모델에서도 조직 생존이 개선됐다.

연구팀은 또 초기 계대의 내피세포로 만든 소재가 생산량과 활성이 높고, 계대가 늘수록 효능이 떨어진다는 점을 확인했다. 이는 표준 생산과 품질 관리 체계를 세우는 근거가 된다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 장기가 달라도 허혈 내피 손상을 표적으로 삼아 활성산소를 제거하고 미세순환을 회복하는 것이 공통 치료 경로가 될 수 있다고 평가했다.