패혈증 동물모델에 신개발 치료제 투여 결과...생존율 2.5배 증가
서울대병원-기초과학연구원, '나노공학+생명의학' 융합 연구성과
이승훈 서울의대 교수(서울대병원 신경과/공동 제1저자 강동완)와 현택환 교수(기초과학연구원 나노입자연구단장/서울대 화학생물공학부/공동 제1저자 소민) 연구팀은 패혈증 동물에서 생존율을 향상시키는 항산화·항염증 작용이 탁월한 나노 입자를 개발했다고 밝혔다.
패혈증은 세균이나 바이러스에 감염된 후, 전신적으로 일어나는 과도한 면역 반응에 의해 치명적인 장기 손상이 발생하는 질환이다.
폐렴·요로감염 등의 감염이 초기에 조절되지 않거나 신체의 면역력이 저하돼 있는 경우, 특히 노인에서 패혈증으로 발전할 가능성이 높다.
전세계적으로는 매년 약 3150만명의 패혈증 환자가 발생하고 그 중 530만명이라는 많은 수의 환자가 사망한다. 또 우리나라에서 뇌졸중이 인구 10만 명당 206건이 발생하고 9%의 사망률을 보이는 것에 비해 패혈증은 인구 10만 명당 347명이 발생하고 사망률이 31%나 된다.
이처럼 패혈증은 뇌졸중이나 심근경색보다 더 흔하고 더 심각한 질환이며, 최근 유명 가수나 전 대통령 등도 패혈증 쇼크로 사망한 것이 알려지면서 그 심각성이 대두됐다.
패혈증의 사망률이 높은 이유는 근본적인 치료제가 없기 때문이다. 패혈증은 한 번 발생하면 신체의 과도한 면역 반응으로 인해 혈압 저하, 급성신부전, 혈액응고장애와 같은 일련의 장기 부전이 진행되며, 수액 공급, 혈압 유지, 수혈, 혈액투석과 같은 보존적인 치료를 해야 하며 중환자실 치료가 필요한 경우가 많다.
감염원과 상관없이 신체의 과도한 면역반응 자체가 문제이기 때문에 항생제는 효과가 없다. 최근 발전한 중환자의학이 패혈증 사망률 감소에 기여한 바는 있으나, 높은 치료비 부담이 따르며 1, 2차 의료기관에서는 치료에 한계가 따르는 것이 패혈증 치료의 현실이다.
이에 이승훈 교수와 현택환 교수 연구팀은 패혈증 초기에 과도하게 발생하는 활성 산소가 패혈증 진행의 주요 원인이라는 점에 주목했다.
이승훈 교수는 현택환 교수와 협력해 2012년부터 항산화 효과가 있는 세리아 나노입자를 뇌경색·뇌출혈 등의 동물실험에 적용해 그 치료 효과를 입증한 경험이 있다.
이번 연구에서는 나노입자의 생체 독성을 최소화하고 효과를 극대화하기 위한 방법을 고안해 '세리아-지르코니아 나노입자'를 개발했다.
세리아 나노입자가 지르코늄 이온(Zr4+)과 결합하면 활성산소를 제거하는 세륨 3가 이온(Ce3+)의 비율이 높아지고 유지력은 길어진다.
세리아-지르코니아를 7:3의 비율(Ce0.7Zr0.3O2)로 합성하면 세포 내 활성산소의 제거와 염증 반응 완화에 가장 탁월한 성능이 나타남을 확인했다.
또 세리아-지르코니아 나노입자는 단 한 번 체내 주입으로 반영구적인 항산화제 작용을 한다. 이를 패혈증 동물 모델에 적용하였을 때 손상된 장기 주변으로 나노입자가 다량 유입돼 치료 효과를 나타냈고, 염증 반응을 억제해 최종적으로 생존율을 2.5배 증가시키는 것을 확인했다.
연구를 주도한 이승훈·현택환 교수는 "나노기술을 의학 발전에 활용하려면 각 분야 간 의사소통이 필수적"이라며 "이번 연구 역시 수요가 큰 임상 분야에 나노기술을 적절히 접목시킨 결과"라고 말했다.
또 "강력한 항산화·항염증 효과를 보이는 세리아-지르코니아 나노입자가 패혈증 환자의 시술과 치료에 활용 될 수 있기를 기대한다"고 덧붙였다.
이번 연구성과는 화학분야 최고 권위의 학술지 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)> 온라인판에 7월 5일자로 게재 됐고, 그 중요성을 인정받아 속표지 논문과 '가장 주목받는 논문(Hot Paper)'으로 선정됐다.
한편, 이 연구는 보건복지부·한국보건산업진흥원 질환극복기술개발사업(질병중심 중개 중점연구), 미래창조과학부 기초연구사업, 기초과학연구원 나노입자 연구단의 지원을 받아 진행됐다.
