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형광물질로 염증 시작 부위 밝게 비춘다

동맥경화 진단 위한 형광물질 발견…활성화대식세포만 선택적 염색

동맥에 퇴행성 변화가 일어나면서 혈관이 좁아지고, 탄력이 떨어지는 동맥경화는 나이가 들수록 발병하기 쉬운 질환이다. 최근에는 생활습관으로 인해 젊은 나이에 발생하거나, 증상이 없는 동맥경화 환자 역시 늘어나는 추세다. 정확한 진단이 치료와 예방에 필수적이라는 의미다.

연구진이 새로 발견한 형광물질 CDg16이 세포주(왼쪽) 및 동물유래 활성화대식세포(오른쪽)를 염색하는 모습.
▲ 연구진이 새로 발견한 형광물질 CDg16이 세포주(왼쪽) 및 동물유래 활성화대식세포(오른쪽)를 염색하는 모습.

동맥경화 진단 정확성을 높일 수 있는 새로운 기술이 나왔다. 기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 장영태 부연구단장 팀은 IBS 유전체 교정 연구단, 싱가포르 연구진 등 국제 공동연구를 통해 활성화대식세포만 선택적으로 염색하는 새로운 형광물질 CDg16(Compound Designation green 16)'을 발견했다.

체내 면역을 담당하는 대식세포(macrophage)는 염증반응의 신호탄으로도 불린다. 체내에 침입한 물질을 감지했을 때 대식세포가 활성화대식세포로 분화, 항원을 만들어 대응체계를 마련하기 때문이다. 이 때문에 동맥경화, 알츠하이머병, 암 등 염증반응을 유발하는 정확한 부위를 파악하기 위해서는 활성화대식세포가 좋은 타겟이 될 수 있다.


IBS 복잡계 자기조립 연구단은 자체 보유한 형광물질 데이터베이스를 탐색해 활성화대식세포만을 염색하는 새로운 형광물질을 찾아냈다.
▲ IBS 복잡계 자기조립 연구단은 자체 보유한 형광물질 데이터베이스를 탐색해 활성화대식세포만을 염색하는 새로운 형광물질을 찾아냈다.

장영태 부연구단장 팀은 자체개발한 8200여 종류의 형광 유기 분자 라이브러리를 탐색, 활성화대식세포만을 선택적으로 염색하는 화합물을 찾아냈다. 이렇게 발견한 CDg16은 세포에 독성을 유발하지 않는다는 장점도 있다.

연구진은 동맥경화를 유발시킨 실험쥐를 통해 CDg16의 효능을 검증했다. 동맥경화를 유발한다고 알려진 ApoE 유전자를 제거(knock-out)한 동물모델을 만들고, 꼬리정맥으로 CDg16을 주사했다. 검증 결과 CDg16이 생쥐의 죽상경화판에 위치한 활성화대식세포를 선택적으로 염색하는 것을 확인했다. 실험쥐의 경우 죽상경화판이 동맥경화를 유발한 정확한 염증부위라는 의미다.


연구진은 실험쥐의 꼬리정맥을 통해 형광물질 CDg16을 주입했다. 실험쥐의 동맥활 근처 죽상경화판에서 CDg16이 염색됨을 관찰할 수 있었다.
▲ 연구진은 실험쥐의 꼬리정맥을 통해 형광물질 CDg16을 주입했다. 실험쥐의 동맥활 근처 죽상경화판에서 CDg16이 염색됨을 관찰할 수 있었다.

이어 IBS 유전체 교정 연구단과 함께 CDg16의 작용 기작도 분석했다. 분석 결과 기존 탐지기가 하나의 특정 단백질과 결합하는 것과 달리 CDg16은 막운반체를 통해 활성화대식세포로 직접 들어가는 것으로 밝혀졌다. 한 단백질에 형광물질이 하나 씩 붙는 기존 방식과 달리 막운반체는 다수의 형광물질을 동시에 수송할 수 있어 향후 이미징 장치로 사용했을 때 더 뚜렷한 신호를 보기 유리하다.

장영태 부연구단장은 "기존 탐지기(probe)들은 생체 내 활용이 어려워 살아있는 조직에서 활성화대식세포를 선별하는 데 한계가 있었다"며 "동맥경화뿐만 아니라 염증으로 인해 유발되는 알츠하이머병, 암, 간염 등의 질환을 진단하는 물질로 사용될 수 있을 것"이라고 말했다.

연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 3월 7일자 온라인 판에 실렸다.

IBS 커뮤니케이션팀
권예슬

Center for Self-assembly and Complexity (복잡계 자기조립 연구단)

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장영태
장영태(, ) 이메일 보내기 복잡계 자기조립 연구단 Publications
김진수
김진수(Kim, Jin Soo) 이메일 보내기 유전체 교정 연구단 Publications
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    최종수정일 2019-01-30 19:14