심장마비를 유발하는 혈전은 수술로 제거할 수 있지만, 수술 시 재관류 부상을 입을 수 있다. 이에 한 연구팀이 심장마비를 빠르게 치료하고 심장 기능 복구 시 잠재적 부상을 최소화할 수 있는 나노겔 모델을 개발했다.
노스캐롤라이나주립대학과 노스캐롤라이나대학 연구팀은 공동으로 연구를 진행했으며 체외 테스트 및 동물 테스트에서 성공을 거뒀다.
심장마비 치료를 위한 나노겔 요법
산소가 들어있는 혈액의 흐름, 즉 혈류가 혈전으로 인해 차단되면 심장마비 또는 심근경색이 발생하고, 결국 심장세포가 불시에 죽게 된다. 국립심장폐혈액연구소에 따르면, 심장마비 증상에는 흉통과 호흡 곤란, 상체 통증 등이 포함된다. 이유 없이 경미하게 상기되거나 메스꺼움, 피로감 등이 나타나면 심장마비 또는 심근경색을 의심해볼 수 있다.
이번 연구를 실시한 양 대학 연구팀은 수술 방법을 사용하지 않고, 심장마비에 빠르게 반응하는 약물전달체계를 만들었다. 이 체계는 혈전을 용해하고 재관류 부상의 영향을 줄일 수 있었다. 재관류 부상은 혈류 차단이 풀린 후 신선한 혈액이 심장에 재진입할 때 발생하는 증상이다.
연구팀은 지름이 250나노미터 크기인 다공성 나노겔 구체를 생산했다. 그리고 이 구체에는 혈전을 치료할 수 있는 두 가지 치료제, 조직 플라스미노겐 활성제(tPA)와 Y-27632를 집어넣었다. tPA는 혈전을 분해하는 단백질인 반면, Y-27632는 Rho 관련 작살 구조 단백질 키나아제(ROCK)를 선별적으로 억제하는 생화학적 도구다.
연구팀은 혈전에 붙을 수 있는 나노겔을 만들기 위해 피브린과 결합하는 특정 단백질로 코팅했다. 피브린은 혈전에서 주로 볼 수 있는 물질로써, 동맥 플라크 또는 혈소판으로 구성됐다.
작용 메커니즘
나노겔이 혈전의 피브린에 달라붙으면 작용하기 시작한다. tPA가 구체에서 흘러나와 피브린과 혈전 모두를 분해한다. 또, tPA가 새어나오면 두 번째 약물이 나노겔에서 빠져 나와 해당 부위에 개입하고 재관류로 인한 부상을 줄여, 상처를 최소화하고 심혈관 조직이 경화되는 것을 막아 심장 기능을 유지하게 한다.
연구 공동저자인 애슐리 브라운 박사는 "우리의 접근법으로 의료 전문가들은 수술하기 전에 심장마비를 치료할 수 있게 됐다"며 "이번 연구법은 혈전을 표적으로 할 수 있어 인체의 다른 부위 질병에도 효과적인 치료제로써 사용할 수 있을 것으로 보인다. 표적 방법은 의도하지 않은 위험을 줄일 수 있다"고 설명했다.
나노겔 구체의 테스트
연구팀은 나노겔의 효과를 판단하기 위해 체외 및 실험쥐 테스트를 모두 진행했다. 이는 긍정적인 결과 도출로 이어졌으며, 부작용의 핵심 정보도 파악할 수 있었다.
체외 테스트는 두 가지 약물을 섞어 적용했다. 테스트 결과, 혼합 약물을 몇 분 내에 혈전을 파괴했다. 아직 이 약물을 임상시험 되기 전이지만, 연구팀은 수술에 비해 효과가 빠를 것이라 기대하고 있다. 혈전 제거 수술은 환자의 준비 시간을 요구하며 올바른 위치에 카테터를 삽관해야 한다.
연구팀은 동물 테스트에 사용한 실험쥐를 시험군과 대조군, 두 집단으로 분류했다. 또한 연구 결과, 약물을 개별적으로 처치한 대조군에 비해 혼합 약물을 처치한 시험군의 쥐는 조직의 상처가 억제됐으며 장기 기능도 유지됐다.
정확하게 말하자면, 혼합 약물을 처방받은 실험쥐는 심장마비가 발생하고 4주 후 좌심실 박출률이 67%를 기록해 건강이 회복된 것으로 판단했다. 반면, tPA만 처방 받은 실험쥐는 정상 범위보다 낮은 57%를, Y-27632만을 처방받은 실험쥐는 40%를 기록했다.
조직 상처의 경우, 혼합 약물은 상처 부위에 5% 미만의 확률로 상처를 남겼지만, 개별 약물을 처치한 경우 7%로 상처가 남았다. 두 가지 치료제 모두 처방 받지 못한 대조군은 상처 조직이 10% 이상이 넘었다.
연구팀은 잠재적인 부작용을 조사한 결과 간과 폐 같은 다른 조직에서는 나노겔 입자를 전혀 찾아볼 수 없었다.
브라운 박사는 "상처 부위 외부에 나노겔이 최소한이라도 남게 되면 연구 결과에 중요한 영향을 미쳤을 것"이라며 "치료제는 출혈과 세포 수축 같은 심각한 부작용을 유발할 수 있기 때문"이라고 밝혔다.
그는 이어 "최근 연구는 임상 전 연구의 일환일 뿐"이라며 "현재 나노겔의 안전성을 평가하기 취해 추가 연구를 진행하고 있다"고 덧붙였다.
[메디컬리포트=심현영 기자]