류머티즘성 관절염을 유발하는 여러 원인을 동시에 해결할 수 있는 새로운 치료 후보물질이 개발됐다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 석좌교수) 연구팀은 김병수 서울대 화학생물공학부 교수, 정영미 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 연구팀과 공동으로 나노입자와 차세대 줄기세포 기술인 ‘나노 베지클’을 결합한 새로운 치료 후보물질을 개발하고, 동물실험을 통해 류머티즘성 관절염 치료 효과를 확인했다.

자가면역질환인 류머티즘성 관절염은 염증, 염증성 사이토카인 분비, 비정상적 면역 반응 등 다양한 인자들이 연관되어 발병한다. 이 중 일부 인자만 표적하여 치료할 경우 일시적으로는 증상이 완화되나, 해결되지 않은 다른 인자에 의해 결국 증상이 다시 악화된다. 모든 발병 인자를 동시에 해결하는 복합 치료제 구현이 필요한 상황이다. 지금까지 개발된 치료제들은 단기적으로 증상 완화 효과를 보일 뿐, 류머티즘성 관절염을 완치하지는 못했다. 또, 질병의 진행을 억제하기 위해 치료제를 장기 투여하는 과정에서 수반되는 부작용도 문제였다.

연구진은 다인자를 동시에 해결하고, 비정상적 면역 체계를 회복시켜 스스로 질병을 치료할 수 있게 돕는 새로운 치료 후보물질을 제시했다. 연구진은 활성산소 제거 기능이 있는 세리아(산화세륨, CeO2) 나노입자¹⁾와 줄기세포 유래 베지클²⁾을 결합한 세리아-줄기세포 나노 하이브리드 시스템을 개발했다.

세리아 나노입자는 활성산소를 제거하고 염증을 완화해 선천면역을 정상화한다. 동시에 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)에서 추출한 베지클은 조절 T세포의 발현을 촉진하여 관절을 보호하고 후천면역을 조절하는 기능을 수행한다. 조절 T세포는 면역계가 정상세포까지 공격하는 자가면역 회복에 중추적인 역할을 수행하는 면역세포다.

제1저자인 구사강 연구원은 “재료의 조합을 통해 다양한 기능을 부여할 수 있는 나노기술의 특징을 활용하여 나노 하이브리드 시스템을 설계했다”며 “즉각적 항염 효과를 보이는 세리아 나노입자에 조절 T세포를 통해 면역 관용을 회복시키는 베지클을 결합한 덕분에 치료에 시너지 효과를 낼 수 있었다”고 설명했다.

이후 연구진은 동물실험에서 나노 하이브리드 시스템의 류머티즘성 관절염 치료 효과를 확인했다. 연구진은 관절염을 유발시킨 실험 쥐의 관절에 나노 하이브리드 치료제를 주사한 결과 발 두께, 온도, 행동 등 증상이 완화되고 관절이 회복됨을 확인할 수 있었다.

세리아 나노입자와 베지클의 시너지 효과도 확인했다. 하이브리드 치료제를 투여한 경우 50일 경과 시점에서 세리아나 베지클 단일 투여 대비 치료 효과가 월등히 좋았다. 또한, 추가 실험을 통해 질병이 완전히 유발되지 않은 초기 단계에하이브리드 치료제를 투여할 시 뛰어난 류머티즘성 관절염 예방 효과를 있음을 확인했다.

연구를 이끈 현택환 단장은 “여러 발병 요인이 번갈아 문제를 일으키는 악순환을 끊고, 증상 완화와 면역 체계 회복을 동시에 노리는 근본적인 류머티즘성 관절염 치료가 가능해질 것”이라며 “향후 다양한 난치성 질환을 치료할 수 있는 맞춤형 복합 하이브리드 시스템 개발로 이어지길 기대한다”고 말했다.

연구결과는 10월 27일(한국시간) 나노기술 분야 권위지인 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 38.3)’ 온라인판에 실렸다.

그림 설명

[그림 1] 류머티즘성 관절염 치료를 위한 나노 하이브리드 치료 시스템
기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 연구진은 류머티즘성 관절염의 원인이 되는 다인자를 동시에 해결하는 복합 치료 시스템을 구현했다. 여러 인자가 번갈아 문제를 유발하는 악순환을 깨고 체내 면역 체계를 회복하여 스스로 회복할 수 있도록 돕는 세리아 나노입자-줄기세포 유래 나노 베지클 복합체를 개발했다.

[그림 2] 류머티즘성 관절염 동물 모델에서의 치료 효과 확인
연구진은 류머티즘성 관절염을 유도한 쥐에 나노 하이브리드 치료제를 주입한 뒤 류머티즘성 관절염 주요 증상의 완화 효과를 살폈다(a). 복합 치료제는 세리아 나노입자, 베지클만을 투여한 대조군에 비해 관절이 잘 회복되었고(b), 면역 조절의 중추 역할을 하는 조절 T세포와 헬퍼 T세포의 균형이 잘 조절되어 면역 체계가 회복되었음을 확인할 수 있었다(c).

IBS 홍보팀
권예슬

1) 세리아 나노입자: 세륨 산화물로 이뤄진 나노입자로 우수한 활성산소 제거 능력이 있어 염증성 질환 치료제로의 활용 가능성을 주목받고 있다. 주로 급성 염증 질환 치료에 활용되었지만, 이번 연구에서는 만성 염증 질환인 류머티즘성 관절염 치료까지 활용 범위를 넓혔다.

2) 베지클: 세포를 가공해서 만든 나노미터 크기의 물질로 세포 재생 및 대사, 진단 등 분야에서 활발하게 연구되고 있는 차세대 기술이다.