암ㆍ치매 유발하는 '염증' 조기진단 가능해진다
암ㆍ치매 유발하는 '염증' 조기진단 가능해진다
  • 강지희
  • 승인 2019.12.03 12:05
  • 조회수 646
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조기 진단, 미리 진단, 가능합니다. 출처: AdobeStock

염증은 암, 치매, 패혈증 등 만병의 원인인데요. 한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단 권익찬 박사팀은 서울대학교 의과대학 조남혁, 김혜선 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 염증을 영상으로 관찰하고 추적할 수 있는 기술을 개발했습니다. 이 기술을 활용하면 체내 염증 효소의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 뿐만 아니라 다양한 염증성 질병의 조기진단이 가능하다고 합니다. 해당 연구 논문은 <Biomaterials>에 게재됐습니다. 

 

염증성 질환은 가장 광범위한 질환입니다. 사망률 1위인 암, 퇴행성 질환인 알츠하이머병, 세균 감염으로 인한 패혈증까지 다양한 질병들이 해당되죠. 이들은 모두 염증 반응의 조절이 제대로 이뤄지지 않아 생기는 질병입니다. 따라서 염증에 관한 심층 연구는 다양한 질환을 진단하거나 치료하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

 

관절염, 통풍, 알츠하이머병 등과 같은 염증성 질환들은 공통적으로 특정한 단백질(인플라마좀)이 활성화됩니다. 이 사실이 알려지면서 이를 추적하기 위한 많은 연구가 이뤄지고 있습니다. 그러나 기존의 기술은 체내에서 인플라마좀의 활성화를 시공간적으로만 분석한다는 한계를 갖습니다. 몇몇 연구에서는 유전자 조작을 통해 실시간 관찰을 유도했는데요. 유전자 조작이 필요하기 때문에 연구 목적으로만 사용가능했다고 합니다.

 

염증성 효소인 '캐스페이즈-1' 관찰하려면

펩타이드 기반 캐스페이즈-1 효소 표적 형광체의 모식도. 출처: KIST

KIST 연구팀은 염증성 효소인 캐스페이즈-1을 관찰하기 위해 이 효소가 절단하는 물질을 활용했습니다. 캐스페이즈-1(Caspase-1)은 단백질을 분해할 수 있는 효소 중 하나입니다. 주로 면역세포 내에서 초기 면역 반응을 활성화하는 역할을 하죠. 면역세포 표면의 Toll-like receptors (TLR) 는 세포 내 여러 해로운 물질을 인식하면 인플라마좀을 형성시킵니다. 이는 캐스페이즈-1을 활성화하죠.

 

이후 활성화된 캐스페이즈-1은 인터루킨-1 베타 (Interleukin-1β, IL-1β) 및 인터루킨 18 (Interleukin-18, IL-18) 을 절단해 활성화 시키는데요. 이 단백질은 염증 반응의 중요한 매개자입니다. 또한 빠르고 비특이적인 선천적 면역반응 (Innate immunity)을 오랜 기간에 걸쳐 일어나는 특이적 후천적 면역반응 (Adaptive immunity)으로 유도합니다.

다양한 염증성 질환 모델에서 캐스페이즈-1 효소 표적 형광 영상화 기술을 통한 조기 진단 영상. 출처: KIST

캐스페이즈-1의 영상을 포착하다

 

연구팀은 캐스페이즈-1이 절단하는 물질에 빛을 발하는 형광물질과 빛을 억제하는 소광물질을 결합했습니다. 이를 통해 연구팀은 형광 신호의 노이즈를 줄이고 민감도를 극대화했습니다. 그 결과 연구팀은 영상화에 활용할 수 있는 형광물질을 만들어 냈습니다. 

 

KIST 연구진은 개발한 형광물질을 알츠하이머병, 대장염, 암 등의 다양한 동물실험에 투여했습니다. 실험 결과 연구팀은 실시간 캐스페이즈-1의 변화 영상을 얻을 수 있었습니다. 이 기술은 염증 초기에 관여하는 효소를 빠르고 직접적으로 관찰할 수 있습니다. 따라서 염증성 질환을 조기 진단할 수 있죠. 뿐만 아니라 이 형광물질은 독성이 없고 체내에서 빠르게 분해됩니다. 때문에 생체적합성이 높습니다.

권익찬 박사. 출처: KIST

이번 연구를 주도한 KIST 권익찬 박사는 "이 기술을 활용하면 실시간으로 염증 물질을 모니터링하고 염증성 질환의 조기 진단과 치료제 개발 및 효능을 평가하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 


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