Breaking News
Medical Findings
혈뇌장벽 통과하는 '나노다이아몬드', 신경퇴행성 질환 진단 및 치료에 가능성 열어
등록일 : 2019-09-19 11:44 | 최종 승인 : 2019-10-02 17:20
박은혜
혈뇌장벽을 우회할 수 있는 아주 작은 크기의 나노다이아몬드가 개발됐다(사진=123RF)

[메디컬리포트=박은혜 기자] 혈뇌장벽을 우회할 수 있는 아주 작은 크기의 나노다이아몬드가 해결책으로 부상하며 뇌 영상 및 약물 개입에 낙관적인 전망이 나왔다. 

혈뇌장벽은 두뇌로 더 깊숙히 들어갈 수 있는 약물 개발에 큰 장애물이 됐다. 이번 나노다이아몬드는 독일 막스플랑크 고분자 연구소에서 연구한 결과물이다. 

연구팀은 기존의 나노다이아몬드를 변형시킨 버전을 만들었다. 이번 개발은 더 나은 뇌 영상 및 관련 약물들이 뇌안으로 들어가 효과를 발휘할 수 있는 길을 열어줬다는 평가를 받는다.

혈뇌장벽, 인간 두뇌의 고유 방어체계

혈뇌장벽은 인간 두뇌의 고유 방어체계로, 혈류로부터 뇌와 척수에 물질 유입을 막는 일종의 장벽이다. 이는 혈류 속의 박테리아 등 해로운 물질이 뇌로 들어가는 것을 막는 기능을 하지만, 신경퇴행성 환자들에게는 약물을 공급하지 못하도록 만든다.

이에 과학자들은 오래전부터 연구들을 통해 이 장벽에 접근할 수 있는 다양한 방법을 모색해왔다. 연구 목적은 의사들에게 가장 정확한 뇌 영상검사 방법을 제공하고 이에 따라 뇌로 직접 약을 전달할 수 있는 방안을 개발하는 것이다. 이는 뇌암과 신경퇴행성 질환을 더욱 효과적으로 치료하는데 큰 도움이 될 수 있다.

미국립보건원 산하 국립암연구소는 혈뇌장벽이 뇌로가는 모세혈관 벽의 내피 세포들로 이뤄진 혈관 및 조직의 네트워크라고 설명했다. 

그리고 이 네트워크는 중앙신경계, 특히 뇌로 들어가는 혈액을 걸러내는 역할을 담당한다. 이러한 여과 시스템으로 유해 물질 및 병원체를 중추신경계로부터 차단시킬 수 있다. 동시에 산소와 이산화탄소, 물 등 특정 물질은 정상적으로 흐르도록 만든다.

혈뇌장벽 우회하는 나노다이아몬드

이러한 견고한 구조를 가진 혈뇌장벽을 우회해 약물 투입을 가능케한 도구는 바로 나노다이아몬드다. 연구팀은 장벽을 통과해 신경퇴행성 질환의 치료에 사용될 수 있는 물질을 조사, 그 결과 나노다이아몬드가 가장 적절하다는 결론을 내렸다. 

나노다이아몬드는 장벽에 진입할때 혈액 세포와 결합될 수 있는 아주 작은 크기의 다이아몬드다. 연구팀은 그러나 여기에 약간의 변형을 더해 인체 요건을 모두 충족시킬 수 있도록 만들었다. 바로 100만분의 1m 크기로 재구성한 것. 또한 인체에 의해 분해되지 않고 잘 견딜 수 있는 구성품으로 이뤄졌다. 

이외에도 장벽에 맞게 특별히 추가된 두 가지의 추가 수정 사항도 반영됐다. 먼저 한 가지는 인간의 혈액에서 가장 흔한 단백질인 혈청알부민을 기반으로 한 생체고분자로 코팅처리한 것이다. 이는 다이아몬드가 인체에서 흡수돼 뇌로 운반되도록 하는데 결정적인 역할을 할 수 있다. 혈청알부민이 혈뇌장벽으로 하여금 생체고분자가 단순히 유용한 물질을 운반하고 있는 것처럼 속이는 식이다.

나노다이아몬드는 혈뇌장벽 통과뿐 아니라 뇌 영상에서도 탐지되는 등 모든 실험에서 성공 가능성을 내비쳤다(사진=123RF)

연구팀은 다이아몬드가 화학적으로 반응하지 않기 때문에 약물 분자를 묶기는 어렵다며, 알부민 코팅처럼 안정적인 코팅 처리 방식으로 모든 약품을 결합시킬 수 있다고 강조했다.

두 번째는 다른 일반적인 나노다이아몬드가 탄소로 이루어진 반면 이 연구용 다아몬드는 질소 원자로 구성됐다는 점이다. 

나노다이아몬드의 성능 평가

연구팀은 나노다이아몬드의 성능을 평가하기 위해 쥐 실험과 시험관 실험을 수행했다. 그리고 두 가지 실험에서 모두 나노다이아몬드는 공격을 유도하지 않고도 혈뇌장벽을 뚫는데 성공했다. 혈뇌장벽이 나노다이아몬드를 이물질로 보지 않아 염증 반응을 회피할 수 있었던 것이다.

연구팀은 또한 나노다이아몬드가 영상 장비에 제대로 반응하는지도 실험했다. 그 결과 레이저 빔과 자기공명영상 기술은 쥐 안에 있는 나노다이아몬드를 모두 탐지할 수 있었다. 

이 두 가지 실험이 모두 성공하면서, 연구팀은 나노다이아몬드-알부민 시스템이 향후 뇌 질환의 진단 및 치료에 큰 도움이 될 수 있을 것이라고 평가했다.

신경퇴행성 질환

세계보건기구(WHO)에 따르면, 전세계적으로 5,000만 명이 치매를 앓고 있다. 매년 전세계 보건 기관에서 보고되는 수치만도 약 1,000만 건으로, 이는 고령화로 인해 치매를 앓는 이들이 기하급수적으로 늘고있다는 사실을 보여준다. 특히 알츠하이머는 치매 환자의 60~70%를 차지하는 대표 신경퇴행성 질환이다.

비영리 단체 파킨슨 재단의 자료에서는 전 세계 1,000만 명 이상의 사람들이 파킨슨병을 앓는 것으로 나타난다. 미국에서만 해마다 6만 명이 이 진단을 받고 있는데, 전문가들은 이 수치가 내년에는 거의 100만 명에 육박할 것으로 전망한다.

헌팅턴 질병 역시 미국 내에서 3만 명의 사람들에게 고통을 주고 잇다. 잠재적인 질병 가능성을 가진 이들도 20만 명에 달한다. 이 질환은 10~25년 사이동안 꾸준히 발달하는 유전적 질환으로, 흔한 증상 가운데 하나는 신체 그중에서도 얼굴과 어깨, 둔부가 무의식적으로 움직이는 것이다.

가장 많이 본 기사
오늘의 베스트 5
현대인의 병
데이터 뉴스
오늘의 건강 팁