전상용·이희승 KAIST 교수 연구팀, 국제학술지 '앙게반테 케미' 발표
장 내 당질층모방 탄수화물 고분자에 항산화·항염증 물질 빌리루빈 결합
'항염증 탄수화물 나노입자' 탁월한 효능 확인…다양한 염증질환 적용 가능
탄수화물 나노입자를 이용한 염증성 장 질환 치료 가능성이 제시됐다.
위장관에 발병하는 만성적인 염증성 장 질환은 아직 뚜렷한 원인이 밝혀지지 않고 있다. 대부분 비스테로이드성 항염증제, 주사용 항체 치료제 등을 이용해 치료하고 있지만 면역약화 등 부작용도 만만치 않다.
KAIST 전상용(생명과하과)·이희승(화학과) 교수 연구팀이 장 내 당질층을 모사한 탄수화물 나노입자에 생체 내에서 항산화 및 항염증 작용을 하는 빌리루빈을 결합해 '항염증 탄수화물 나노입자'(Anti-inflammatory Glycocalyx-mimicking nanoparticles) 수십 종을 합성하고, 이를 염증성 장 질환 치료에 적용해 탁월한 효능을 확인했다
세포막은 다양한 형태의 당 사슬 집합체인 당질층(glycocalyx)으로 둘러싸여 있다. 염증성 장 질환이 있는 사람의 장 조직에서는 정상인들과 다른 당질층이 형성돼 있다. 이런 당질층은 우리 몸이나 음식에 많이 존재하는 탄수화물을 이루는 구성 성분인 여러 가지 당들에 대해 선택적인 결합력을 보인다.
연구팀은 이에 착안해 자연에 존재하는 탄수화물을 구성하는 대표적인 다섯 가지 당들을 조합해 수 십 가지 인공 탄수화물(glycopolymers) 후보군을 합성했다. 염증성 장 질환 조직에 형성된 당질층에 잘 결합하는 인공 탄수화물 후보군을 선별하는 의도로 진행했다.
합성된 수 십 가지 인공 탄수화물에 우리 몸속에서 항산화 및 항염증 작용을 하는 빌리루빈 생리활성 물질을 결합해 최종적으로 당질층을 표적할 수 있는 '항염증 탄수화물 나노입자'(anti-inflammatory glyconanoparticles)후보군들을 만들었다.
연구팀은 항염증 탄수화물 나노입자 후보군들을 염증성 장 질환 생쥐모델에 직접 경구투여해 치료 효능이 가장 우수한 탄수화물 나노입자를 선별했다.
선별된 항염증 탄수화물 나노입자가 어떻게 치료 효능 및 작용 기전을 나타냈는지도 규명했으며, 치료 효능이 기존에 사용하던 저분자 합성의약보다 더 우수한 효능을 가질 수 있음을 확인했다.
KAIST 생명과학과 유도현·황창희 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 화학 분야 국제학술지 <앙게반테 케미>(Angewandte Chemie International Edition·IF: 16.823) 6월 13일자 온라인판에 게재됐다(https://doi.org/10.1002/anie.202304815). 논문 제목은 'Anti-inflammatory Glycocalyx-Mimicking Nanoparticles for Colitis Treatment: Construction and In Vivo Evaluation'.
전상용 교수는 "이 연구를 통해 당질층 표적형 항염증 탄수화물 나노입자 플랫폼 기술은 염증성 장 질환 외에도 다양한 염증 질환들의 치료에 적용될 수 있을 것으로 기대한다"라고 말했다.
이 논문은 해당 학술지에서 선정한 특별 언론홍보 대상으로 선정돼 해외 과학 전문 보도 매체인 <ScienceDaily> <ChemistryViews> 등에도 소개됐다(ScienceDaily: https://www.sciencedaily.com, ChemistryViews: https://www.chemistryviews.org).
