치매 원인 물질만 제거하는 나노 청소기
치매 원인 물질만 제거하는 나노 청소기
  • 함예솔
  • 승인 2020.03.07 16:50
  • 조회수 848
  • 댓글 0
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요약

 

치매 원인 물질인 '베타-아밀로이드'만 빨아들여 제거하는 나노 청소기가 개발됐습니다. 연구진은 선택성은 높고 보통의 항체보다 작아 더 효율적으로 흡입할 수 있는 미니항체(scFv)를 부착해 표적 물질인 베타-아밀로이드 단백질을 선별하여 흡착하도록 했습니다. 이는 향후 알츠하이머병에 대한 가족력을 가진 사람들에 대한 추적 관찰을 통해 증상발현이 미약한 초기 단계에서 나노 청소기를 주입해 베타-아밀로이드 단백질이나 타우 단백질의 응집 과정을 저해해 알츠하이머병의 급속한 진행을 막기 위한 저해제로 사용될 전망입니다. 

베타-아밀로이드'만 빨아들여 제거하는 나노 청소기가 개발됐다. 출처: KIST

베타-아밀로이드 단백질은 뇌 속에 비정상적으로 축적되어 알츠하이머병의 주요 원인이 되는 것으로 알려져 있습니다. 한국과학기술연구원(KIST)은 분자인식연구센터 이준석 박사팀이 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 박찬범 교수팀, 아르곤 국립연구소와의 공동 연구를 통해 치매의 주요 원인 물질로 꼽히는 베타-아밀로이드 단백질을 흡입해 제거함으로써 알츠하이머 질환의 진행을 예방하는 나노청소기를 개발했다고 밝혔습니다. 해당 연구는 <Advanced functional Materials>에 게재됐습니다.

  • 베타-아밀로이드 단백질(β-Amyloid, Aβ)

알츠하이머 환자의 뇌에서 발견되는 아밀로이드 플라크의 주성분으로서 알츠하이머 병에 결정적으로 관여하는 36-43개의 아미노산 펩타이드입니다.

  •  나노청소기 (Nanodepletor)

초대형 기공을 갖도록 디자인된 넓은 표면적의 다공성 나노 구조체에 미니항체의 부착을 극대화해 특정 유해 물질에 대한 선택적 흡착이 가능하게 제작한 입자로 표적 물질을 흡사 청소기처럼 빨아들인다는 의미로 나노청소기라는 용어를 사용합니다.

알츠하이머 진행 가속시키는 베타-아밀로이드 단백질

 

베타-아밀로이드 단백질은 뇌 속에서 응집되는 특성이 있습니다. 이 단백질이 과도하게 응집되면 신경세포를 사멸시키고 시냅스를 파괴하여 알츠하이머의 진행을 가속시킵니다. 이러한 응집을 막기 위해 베타-아밀로이드 단백질의 생성을 차단하거나 생성된 단백질이 서로 응집되지 않도록 항체 및 저해제를 활용하는 연구가 여러 방면에서 진행되고 있습니다. 하지만 아직 효과적인 치매 치료제는 개발되지 못했습니다. 

 

KIST 이준석 박사팀은 이러한 기존 방식이 아닌 생성된 베타-아밀로이드 단백질을 원천적으로 흡입해 제거하는 새로운 접근법을 통해 독성물질의 생성을 예방하는 전략에 주목했습니다. 이와 같은 특정 단백질(베타-아밀로이드)을 효율적으로 제거하기 위해서는 항체와 같은 베타-아밀로이드를 선택성을 가진 물질이 필요합니다. 하지만 기존의 항체는 체내에서 안정성이 떨어지고 체내 다른 분자와도 결합할 수 있어 그 효율성이 떨어집니다.

 

미니항체 부착해 베타-아밀로이드만 빨아들인다

특정 물질을 타겟팅하여 빨아들이는 나노청소기의 구성 및 작용 개략도.  출처:KIST
특정 물질을 타겟팅하여 빨아들이는 나노청소기의 구성 및 작용 개략도. 출처: KIST

연구팀은 이러한 한계점을 극복하기 위해 거대한 구멍을 갖는 나노입자를 디자인해 넓은 표면적을 갖는 나노 구조체를 제작했습니다. 연구진은 이 구조체에 표적 물질에 대한 선택성은 높으면서도 보통의 항체보다 작아 더 높은 효율로 흡입할 수 있는 미니항체(scFv) 를 부착하여 표적 물질인 베타-아밀로이드 단백질을 선별하여 흡착하도록 했습니다.

  • 미니항체(scFv, Single-chain variable fragment)

면역 글로불린의 가변 영역을 짧은 연결 펩타이드로 연결한 항체 조각.

KIST 연구진이 개발한 나노청소기는 베타-아밀로이드 단백질을 효과적으로 흡착해 베타-아밀로이드 단백질의 비정상적 응집을 80% 이상 차단해 신경독성을 완화했습니다. 또한 연구진은 동물실험을 통해 그 효과를 입증해 미래 항-아밀로이드성 억제제로서의 가능성을 입증했습니다.

이준석 박사. 출처: KIST
이준석 박사. 출처: KIST

 

 

 

본 연구를 주도한 KIST 이준석 박사는 "나노청소기를 이용해 베타-아밀로이드나 타우 단백질에 대한 흡입을 통해 신경독성 물질의 응집저해가 가능할 뿐만 아니라 응용 범위를 확장하면 체내 다양한 유해물질을 선택적으로 제거할 수 있는 나노청소기로써 질병 예방 및 건강증진에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔습니다.

 

 

 

 

 

 


##참고자료##

 

 

 

 

 


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