나노물질로 면역 활성화 메커니즘 세계 최초로 밝혀냈다

강동우 가천대 교수팀, 면역반응 유발 단백질 나노입자 부착시 면영반응 활성화 사실 알아내

[아시아경제 김봉수 기자] 혈액에 나노물질을 주입하면 면역 반응이 활성화되는 메커니즘을 규명해 낸 연구 결과가 나왔다.

11일 한국연구재단에 따르면 강동우 가천대학교 교수 연구팀이 혈액내 면역반응 유발 단백질을 나노입자에 부착하면 단백질의 구조가 심하게 뒤틀리고 면역반응이 활성화가 된다는 것을 알아냈다. 나노물질이 혈장단백질들과 반응하면 나노-코로나가 형성되지만 나노 코로나의 어떠한 요소에 의하여 면역반응이 발생하는지에 대한 이해가 명확하지 않아서 임상적 응용이 어려웠다. 단백질 코로나는 나노물질과 생체 단백질의 흡착을 유발하는 현상으로 면역반응에 노출돼 독성을 유발할 수 있다고 알려져 있다.

연구팀은 나노물질과 면역반응 유발 단백질을 결합하면 단백질의 구조가 심하게 변화되고 면역세포들이 활성화된다는 것을 규명했다. 이는 별도의 약물 없이 나노 코로나 만으로 독성반응 없이 특정 면역 세포의 활성화 전략이 가능함을 뒷받침하는 근거라는 설명이다. 이번 연구의 성과는 국제학술지'어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 1일자로 게재되었다.

나노 크기(10~150 nm)의 약물전달체를 기반으로 하는 나노약물전달 시스템은 최근 코로나19의 항체 형성을 위한 모더나 및 화이자 백신의 원천기술로 임상구현 되면서 향후 다양한 난치성 질환의 치료제 및 백신으로 임상 적용이 가속화될 전망이다. 나노 물질이 혈액으로 주입되면 수많은 혈액 단백질들이 나노물질에 흡착되는 소위 '단백질 코로나'를 만든다고 알려져 있다. 하지만 나노 코로나의 면역반응으로 인하여 염증 및 독성 반응이 수반 될 수 있기에 나노 코로나 현상에 대한 면역학적 이해는 매우 중요한 주제로 인식 됐다.

문제는 나노 코로나의 임상적인 적용을 위해서는 혈액에 존재하는 수많은 항체 및 혈장단백질들이 나노물질과 상호작용 시 차별적인 면역반응 메커니즘에 대한 이해가 필요하지만 나노 코로나의 선천 및 적응 면역반응 메커니즘은 거의 알려진 바가 없다는 것이다.

연구팀은 나노 물질인 나노 튜브와 단백질 코로나를 인위적으로 결합시켜 구조적 변화를 분석하고 면역반응에 미치는 영향을 확인했다. 혈액 안에서 나노 물질과 반응하는 단백질은 알부민, 면역글로불린, 프로테아제, 알파 당단백질, 지방 단백질, 피브리노젠, 비트로넥틴 및 수많은 단백질로 구성되어 있다. 이들 단백질 중에서 면역반응과 관련 있는 면역글로불린, 알파 당 단백질을 나노물질에 인위적으로 반응시켰을 때 단백질의 구조가 심하게 뒤틀리는 현상(Conformational Changes)을 발견했다.

그러나 면역 반응과 무관한 피브리노젠, 비트로넥틴을 나노물질에 인위적으로 결합하였을 때는 단백질의 구조변화가 전혀 일어나지 않음을 알아냈다. 인위적으로 합성된 '나노-코로나'를 면역세포와 반응시 구조가 심하게 뒤틀린 나노-코로나는 면역세포의 반응이 매우 증가 하였지만 구조의 변화가 없는 나노-코로나는 면역세포의 반응이 전혀 없었다.

또한 인위적으로 형성한 나노-코로나를 쥐에 주입시켰을 때 구조가 심하게 변화된 나노-코로나는 선천 면역반응을 올릴 뿐 아니라 2주 후 T세포의 활성 및 B 세포의 항체도 증가함이 확인되었다. 하지만 구조의 변화가 없는 나노-코로나는 어떠한 면역반응도 유도가 되지 않았다. 단백질 구조의 변화가 심하게 변한 나노 -코로나를 이용하면 호중구, 자연 살해 세포(NK 세포), 세포독성 T세포(cytotoxicity T세포)의 증가가 가능하고 선천 및 적응 면역의 향상을 이용한 항암 면역 치료 및 바이러스 백신 개발에 활용될 수 있다는 것을 세계 최초로 밝혀낸 것이다.

연구팀은 이번 연구를 놓고 인체의 혈액 안에서 무수히 많이 존재하는 코로나의 구조를 나노 물질을 사용해 인위적으로 변화시키면 선천 및 적응 면역에 대한 활성화가 가능하고 면역 조절 전략에 관련된 질환에 대한 임상 적용이 가능하다고 보고 있다. 또 단백질 나노 코로나에 의해 자극된 면역반응이 선천 및 적응 면역의 선택적 활성화를 유발한다는 것은 나노 약물의 면역반응 평가 지표에 새로운 기준을 제시할 수 있다. 약물전달 측면으로 바이러스 항체 형성을 위한 촉진제 및 면역세포의 활성이 약화된 종양 부위에 선천 및 획득 면역기능을 동시에 강화할 수 있는 전략으로 활용될 수도 있다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr