자가면역질환은 인체의 면역 체계가 오작동을 일으켜 정상 조직을 공격하는 질병이다. 체내 대사로 만들어지거나 대식세포¹⁾가 방출하는 일산화질소²⁾의 농도가 환경오염, 스트레스 등에 의해 비정상적으로 높아져 자가면역질환을 악화시킨다.

대표적인 자가면역질환은 류마티스 관절염³⁾으로 현재까지 완벽한 치료제가 없다. 현재 시판 중인 류마티스 관절염 치료제는 항염 작용을 하며 자가면역질환을 억제하지만 일시적 작용에 그친다. 복용자에 따라 피부발진, 식욕감퇴, 복부통증, 간기능 이상 등 여러 가지 부작용이 생긴다.

과학기술정보통신부 산하 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문) 김원종 학연연구위원(포스텍 화학과 교수) 연구진은 일산화질소에 선택적으로 반응하는 하이드로젤⁴⁾을 만들어 류마티스 관절염의 새로운 치료법을 제시했다. 생체독성이 매우 낮은 고분자 물질로 이루어져 부작용이 거의 없다.

연구진이 개발한 하이드로젤은 류마티스 관절염 주변의 일산화질소를 선별적으로 제거해 자가면역 이상반응을 차단한다. 염증이 심한 지역의 활막액을 다량으로 흡수하면서 동시에 약물을 방출하게 할 수 있다.

연구진은 이 같은 기능을 구현하려고 일산화질소에 민감한 가교제⁵⁾를 합성하는데 집중했다. 결국 일산화질소 맞춤 포집 기능⁶⁾을 살려 하이드로젤이 상대적으로 부푸는 정도가 3~5배 높아졌다.

살아있는 대식세포를 통해 하이드로젤의 효과도 입증됐다. 하이드로젤과 일산화질소가 만나 고분자의 틈이 벌어지고, 그 사이로 물이 유입되어 실험전보다 질량이 3배 이상 증가했다. 만약 고분자 사슬 사이에 약물을 넣어 병변에 주입하면 활막액이 젤 내부로 들어오면서 약물을 밀어내 치료효과를 극대화 할 것으로 보인다.

김원종 학연연구위원은 “이번 결과는 일산화질소 감응형 하이드로젤 개발을 통한 자가면역질환 관련 질병치료의 선행연구”라며 “현재는 나노사이즈의 하이드로젤로 실제 류마티스관절염에 걸린 쥐를 대상으로 그 효과를 입증하는 단계”라고 설명했다.

본 연구결과는 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials, IF 19.791) 온라인판에 10월 11일 게재되었다.

대외협력실 김한섭

▲ [그림 1] 일산화질소에 선택적 반응하는 하이드로젤의 화학구조 및 개략도일산화질소에 선택적 반응하는 하이드로젤은 아크릴아마이드를 기본 단량체로 이용하고 새로이 합성된 가교제를 이용해 라디칼 중합을 통해서 형성이 되었다.

▲ [그림 2] 세포에서 분비되는 일산화질소에 의한 하이드로젤 감응정도 확인대식세포(RAW 264.7)는 내독소(LPS)가 있을 때 많은 양의 일산화질소를 분비한다. LPS 조건 하에서 일산화질소 감응 하이드로젤은 대조군에 비해 상대적으로 많이 팽창하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 대조군으로 사용한 하이드로젤의 경우 일산화질소와 상관없이 동일하게 유지된다. 일산화질소를 내지 않는 대조군 세포(NIH/3T3)의 경우, 하이드로젤의 사이즈의 변화가 없는 것을 통해서 본 연구에서 만든 하이드로젤은 일산화질소에 대해서 선택적이고 반응성이 뛰어난 물질임을 알 수 있다.