동맥경화 위한 혈관 내 플라크 제거 기술
동맥경화 위한 혈관 내 플라크 제거 기술
  • 함예솔
  • 승인 2020.06.02 18:25
  • 조회수 5053
  • 댓글 0
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만성 혈관염증 질환인 죽상 동맥경화증을 나노 기술을 이용해 기존 치료법보다 효과적으로 치료할 수 있는 기술이 등장했습니다. KAIST 바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 나노 기술을 이용해 죽상 동맥경화증(atherosclerosis) 치료를 위한 체내 약물전달 기술을 개발한 건데요. 해당 연구는 <ACS Nano> 에 게재됐습니다. 

사이클로덱스트린 폴리머 나노입자의 장점 및 치료 효과를 보여주는 모식도. 출처: KAIST
사이클로덱스트린 폴리머 나노입자의 장점 및 치료 효과를 보여주는 모식도. 출처: KAIST

혈관에 쌓인 플라크, 완전히 없애려면?!

혈관에 콜레스테롤이 쌓이면 혈류 장애를 일으킬 수 있어요. 출처: fotolia
혈관에 콜레스테롤이 쌓이면 혈류 장애를 일으킬 수 있어요. 출처: fotolia

죽상 동맥경화증이란 오래된 수도관이 녹슬고 각종 이물질이 가라앉아 들러붙으면 좁아지듯, 혈관 안쪽에 콜레스테롤과 같은 지방질로 이뤄진 퇴적물인 '플라크(plaque)'가 쌓여 혈류 장애를 일으키는 만성 혈관염증 질환입니다. 플라크가 혈관을 막게 되면 심근경색, 뇌졸중 등 심각한 병을 유발합니다. 일반적으로 약물치료의 경우 대표적 고지혈증 약물인 스타틴(statin)을 경구 투여합니다. 이 방법은 혈액 내 콜레스테롤 농도를 낮춰 콜레스테롤이 플라크에 쌓이는 것을 억제하기엔 효과적이나 이미 형성된 플라크를 제거하는 데에는 한계가 있습니다. 따라서 환자들은 평생 스타틴을 복용해야 하며 플라크라는 잠재적인 위험요소를 안고 살아가야 합니다.

 

연구팀은 문제 해결을 위해 콜레스테롤과 결합하면 이를 녹일 수 있어 제거하기가 쉽다고 알려진 일종의 당 화합물인 '사이클로덱스트린(cyclodextrin)'을 연구에 사용했습니다. 

  • 사이클로덱스트린

사이클로덱스트린(cyclodextrin)은 바깥쪽은 친수성, 안쪽은 소수성을 띄는 링 구조의 분자입니다. 소수성 분자는 사이클로덱스트린의 링 안쪽에 결합할 수 있으며 바깥쪽의 친수성에 의해 수용성이 증가하게 됩니다. 또한 사이클로덱스트린은 친화도에 따라 먼저 결합하고 있는 분자를 내보내고 친화도가 높은 다른 분자와 결합할 수 있으며 소수성 물질과 결합한 상태에서 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 크기로 집합체를 형성할 수 있습니다.

  • 스타틴

스타틴(statin)계열 약물은 은 동맥경화의 치료제로 쓰이고 있으며 대식세포의 성장을 저해할 수 있으며 다양한 항염증효과가 있는 약물입니다. 스타틴은 대부분 소수성을 갖고 있기 때문에 사이클로덱스트린과 결합할 수 있으며 콜레스테롤보다는 친화도가 낮기 때문에 콜레스테롤과 반응시 사이클로덱스트린으로부터 방출될 수 있습니다. 또한 스태틴과 사이클로덱스트린의 비율을 조정하여 원하는 크기의 집합체를 형성할 수 있습니다.

사이클로덱스트린 나노입자 형태로 제조

 

박지호 교수 연구팀은 사이클로덱스트린을 약 10nm(나노미터) 크기의 폴리머(polymer, 중합체) 나노입자 형태로 제조, 정맥 주입을 하면 기존 사이클로덱스트린보다 약 14배 효과적으로 플라크에 축적돼 보다 효과적으로 플라크를 제거할 수 있다는 결과를 얻었다고 학술지 '제어 방출 저널'에 게재했습니다.

사이클로덱스트린-스타틴 나노입자의 시너지 치료 효과를 보여주는 모식도.  출처:KAIST
사이클로덱스트린-스타틴 나노입자의 시너지 치료 효과를 보여주는 모식도. 출처: KAIST

연구팀은 또 사이클로덱스트린은 귀 내이의 유모세포(hair cell)를 손상시켜 청력 손실을 일으킨다고 알려졌으나 이를 폴리머 나노입자 형태로 제조하면 체내 분포 양상을 변화시켜 귀 내이에 잘 축적되지 않기 때문에 청력손실을 방지할 수 있다는 사실을 알아냈습니다. 

사이클로덱스트린-스타틴 나노입자의 플라크 치료 효과. 출처: KAIST
사이클로덱스트린-스타틴 나노입자의 플라크 치료 효과. 출처: KAIST

이와 함께 사이클로덱스트린과 스타틴을 자기조립(self-assembly)을 통해 약 100nm(나노미터) 크기의 나노입자 형태로 제조, 정맥 주입하자 사이클로덱스트린은 플라크 내에서 콜레스테롤을 제거하며 스타틴은 혈관을 좁게 만들었던 주요 원인인 염증성 대식거품세포(macrophage foam cell)를 줄이는 현상을 찾아냈습니다. 연구팀은 이같이 사이클로덱스트린과 스타틴의 동시 전달은 각각의 약물을 따로 전달했을 때보다 월등하게 효과적이기 때문에 시너지 효과를 가질 수 있는 약물들을 이용한 복합치료(combination therapy)의 필요성을 'ACS 나노 저널'을 통해 제시했습니다.

 

박지호 교수는 "이번 연구 결과를 계기로 평생 약물을 복용해야 하는 환자들의 삶의 질을 크게 개선할 수 있을 것으로 기대가 된다"며 "종양 치료를 위해서 주로 개발되었던 약물전달 나노 기술이 전 세계 사망원인 1위인 심혈관질환을 효과적으로 치료하는 데도 기여할 수 있음을 보여준 연구"라고 전했습니다. 


##참고자료##

 


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