현택환 IBS 연구단장, 세리아 나노입자 시스템으로 활성산소 제거

세리아 나노입자 시스템의 전자 현미경 사진과 공초점 현미경 사진.<사진=IBS 제공>
세리아 나노입자 시스템의 전자 현미경 사진과 공초점 현미경 사진.<사진=IBS 제공>
국내연구팀이 파킨슨 병을 치료할 수 있는 가능성을 제시했다.

IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 현택환 나노입자 연구단장(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀이 세포의 안팎으로 존재하는 활성산소를 영역별로 제거하는 세리아(산화세륨, CeO₂) 나노입자를 개발하고 파킨슨 질병 모델 생쥐에게 적용, 치료 효과를 확인했다고 29일 밝혔다.

활성산소는 세포의 생존에 필수 요소로 면역과 신호 전달에 중요하다. 그러나 활성산소의 농도가 지나치게 높아지면 이들은 우리 몸에 필요한 생체 분자들을 무차별적으로 공격한다. 우리 몸에 필요한 생체 분자들의 전자를 빼앗아 산화시켜 산화 스트레스는 세포를 늙게하고 죽음에 이르게 한다.

특히 활성산소에 의한 산화 스트레스는 신경 퇴행성 질환인 파킨슨 병의 주요 원인 중 하나로 알려진다. 세포의 미토콘드리아 혹은 세포질 영역에 존재하는 활성산소는 산화 스트레스 뿐만 아니라 신경 염증으로 세포 바깥 영역에 생기는 활성산소도 파킨슨 질환에 관여한다.

그동안 기술은 활성산소 발생위치에 따른 영향을 규명하고 치료제를 개발하는 방법은 타당했으나 선택적인 활성산소 제거 기술이 없었다.

연구팀은 미토콘드리아, 세포질, 세포 밖 3가지 영역에서 활성산소를 구분하고 이들을 각각 제거할 수 있는 세리아 나노입자 구조를 3가지 영역 맞춤형으로 만드는데 성공했다.

연구팀은 세리아 나노입자의 크기와 입자 표면의 전하 성질을 각각 다르게 해  세포질 표적 나노입자, 미토콘드리아 표적 입자, 클러스터 형태의 나노입자 3가지 나노입자 체계를 완성했다.

이어 세리아 나노 입자 시스템의 활성산소 제거 효과를 확인하기 위해 파킨슨 병 모델 생쥐에 3가지 나노입자를 각각 주입, 치료 효과를 관찰했다.

그 결과 3종의 세리아 나노입자 중 세포질과 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자들이 뇌염증과 산화 스트레스를 줄임으로써 도파민을 분비하는 신경 세포를 보호, 파킨슨병을 치료할 수 있음을 확인했다.

이번 세리아 나노 입자 시스템은 활성산소로 생기는 질병 치료법 개발에 광범위하게 활용될 것으로 기대된다.

현택환 단장은 "이번 결과는 활성산소를 세포 내외와 미토콘드리아에서 선택적으로 제거하는 기술을 최초로 개발 했을 뿐만 아니라 이들의 파킨슨 치료 효과와 발병원인 규명과 나노입자의 새로운 의학적 적용을 보여준 사례"라고 강조했다.

한편 연구결과는 독창성을 인정받아 투고 2주만에 상위 10%내 Hot paper로 게재 승인됐다. 결과는 독일 응용화학회지 온라인판에 지난달 22일 게재됐다.

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