단일클론항체 치료제는 류마티스성 관절염에 사용할 수 있는 수많은 치료제 중 하나다. 이 치료제는 증상을 조절하는 데 한계가 있었지만, 최근 이 한계를 없앨 수 있는 나노스펀지가 개발됐다.

캘리포니아대학 연구팀은 바이오메디컬 나노기술을 활용한 새로운 접근법을 만들어냈다. 연구 결과에 따르면, 미세한 스펀지가 류마티스성 관절염과 관련이 있는 단백질을 흡수해 중화했다. 이번 연구는 학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 발표됐다.

류마티스성 관절염의 단백질을 흡수하는 나노스펀지

관절염 재단(Arthritis Foundation)에 따르면, 류마티스성 관절염(RA)은 신체가 관절 같은 건강한 세포를 공격하는 비정상적인 반응으로 특징지을 수 있는 자가면역질환이다. 면역 세포가 건강한 세포를 공격할 때, 관절 내부의 활막이라는 부위에 염증이 발생해 관절 통증과 부기가 유발된다. 미국에서만 약 140만 명이 이러한 자가면역질환으로 고통받고 있다.

캘리포니아대학 연구팀은 나노스펀지를 사용해 류마티스성 관절염을 치료할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 이 작은 스펀지는 RA를 촉진하는 증상과 관련이 있는 단백질을 흡수할 수 있다. 따라서 연구팀은 이 나노스펀지를 자가면역질환을 치료 또는 예방하는 데 사용할 수 있다고 판단했다.

"나노스펀지는 체내 질병을 촉발하는 병리학적 분자를 차단하는 새로운 패러다임의 치료제다. 연구진은 몇몇 특정한 형태의 병리학적 분자를 차단할 수 있는 치료제를 개발하기보다, 광범위하게 차단할 수 있는 플랫폼을 개발하길 원했다. 그 결과 더욱 효과적으로 질병을 치료 및 예방할 수 있는 방법을 개발할 수 있었다"라고 연구의 선임 저자인 리앙팡 장 교수는 설명했다.

연구팀은 백혈구의 일종인 호중구의 세포막으로 코팅된 나노스펀지를 개발했다. 그들은 이 미세한 입자를 만들기 위해 혈액 표본을 채취한 후 혈액에서 백혈구를 분리했다. 그 후 세포가 부풀어 올라 터지게 만드는 용액으로 호중구를 처리해 세포막만 남게 했다. 이 세포막을 모아서 다시 매우 작은 조각으로 잘게 나누었다.

연구팀은 세포막을 잘게 분해한 후 나노입자를 만들 수 있는 생분해성 폴리머를 채취했다. 그리고 각각의 나노입자를 구형으로 만든 후 호중구의 세포막과 혼합하고 구형의 나노입자 표면에 세포막을 코팅했다.

어떻게 나노스펀지가 됐는가?

본 연구에서 언급된 호중구는 류마티스성 관절염과 연관성이 있다. 류마티스성 관절염이 발병하면, 관절에 위치한 세포는 시토킨이라는 화학물질 신호를 발생한다. 시토킨은 염증성 화학물질로 특정한 백혈구에 신호를 전달하고 첫 번째 응답자 중 하나가 바로 호중구다.

호중구가 관절에 도착하면 시토킨과 직접 접촉하고 더욱 많은 시토킨을 생성할 것을 명령한다. 그 결과, 호중구가 추가적으로 더욱 가세하게 되어 관절의 염증이 지속되는 것이다. 이것이 바로 류마티스성 관절염의 핵심 징후다.

연구팀이 호중구의 세포막을 사용한 이유는 나노입자가 본래의 백혈구를 흉내 낼 수 있기 때문이다. 염증 부위에 이 나노입자를 주입하게 되면 시토킨을 접촉하게 된 나노입자는 시토킨의 표면에 결합하게 된다. 그리고 시토킨은 마치 호중구를 접촉한 것처럼 반응하게 된다. 그러나 나노입자는 염증성 신호를 흡수하고 추가 시토킨을 배출하지 못하게 막아서 관절의 염증성 반응을 줄이게 되는 것이다.

미끼 역할을 하는 이 나노스펀지는 시토킨을 흡수하고 추가적인 염증 신호를 차단하고 관절의 염증 및 손상을 줄인다.

치료법으로서의 가능성

연구팀은 심각한 류마티스성 관절염을 앓고 있는 생쥐 모델을 대상으로 이 새로운 방법을 테스트했다. 먼저 염증 관절에 나노스펀지를 주입한 후 영향을 관찰했다. 관찰 결과, 나노입자는 부기를 줄이고 연골이 추가 부상을 입지 않도록 보호했다. 연구팀은 이 새로운 방법을 단일클론항체 치료법과 비교한 후, 자가면역질환 치료 시 유사한 치료 효과를 내는 것을 확인할 수 있었다.

류마티스성 관절염의 단일클론항체 요법은 염증이 있는 관절에서 시토킨의 영향을 중화하기 위해 사용된다. 그러나 이 방법으로는 모든 단일 유형의 시토킨에 적용할 수 없다. 반면, 나노스펀지는 모든 유형의 시토킨과 결합해 염증 반응을 적절하게 조절할 수 있었다.

"기본적으로 류마티스성 관절염을 관리할 수는 있다. 그러나 아직까지 완전히 치유하는 것은 불가능하다. 그러나 새로운 방법으로 부기는 상당히 줄일 수 있으며 연골 손상도 최소화할 수 있다"고 장 교수는 덧붙였다.

이번 연구에서 가장 큰 문제점 중 하나는 나노스펀지 개발 과정이었다. 새로운 치료법의 잠재력을 높이기 위해서는 보다 단순한 방법을 사용해 입자를 효과적으로 생산해야만 한다. 장 교수는 연구팀이 나노스펀지의 효과적인 생산라인을 만들어냈다고 밝혔다.

그리고 이 새로운 치료법을 사람을 대상으로 한 임상시험에 적용하기 전에 잠재적인 부작용 여부를 확인할 수 있도록 추가 연구를 진행할 필요가 있다고 그는 덧붙였다.

[메디컬리포트=김성은 기자]