▲연구진은 코로나19 환자의 혈액을 이용해 병의 경중을 예측할 수 있는 바이오마커를 발견했으며, 바이오마커를 이용해 중증환자의 합병증으로 인한 사망을 예방할 수 있는 생체재료 기반 나노 치료제를 개발했다.
성균관대가 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 연구팀이 국내 공동 연구진: 이원화(한국생명공학연구원), 안준홍(영남대병원), 박희호(강원대), 박우람 교수(가톨릭대)과 함께 코로나19(COVID-19) 및 패혈증(sepsis) 환자의 중증도를 선별할 수 있는 바이오마커를 발견하고, 이를 활용한 나노재료 기반 범용 치료후보 물질을 개발했다고 26일 밝혔다.
코로나19 감염은 과염증 반응을 일으켜 국소 및 전신 조직 손상을 초래할 뿐만 아니라, 경증 호흡기 질환에서 중증 진행성 폐렴, 급성 호흡기 증후군 및 패혈증 같은 합병증을 유발한다. 현재 코로나 치료에는 렘데시비르와 같은 치료제들이 제한적으로 사용될 뿐이며 중증으로 악화되거나 사망하는 환자들을 예측할 수 있는 바이오마커도 없는 상황이다.
이에 연구진은 코로나19 환자의 혈액을 이용해 병의 경중을 예측할 수 있는 바이오마커를 발견했으며, 바이오마커를 이용해 중증환자의 합병증으로 인한 사망을 예방할 수 있는 생체재료 기반 나노 치료제를 개발했다.
중증 코로나 환자는 급성 호흡곤란 증후군의 증상을 보이고, 특히 폐 조직이 심하게 손상된다. 이에 대응해 호중구와 같은 다양한 혈액내 면역세포들이 바이러스 감염으로부터 숙주를 보호하기 위해 면역반응을 보이지만, 지나치면 오히려 독이 돼 정상세포를 공격한다. 이러한 호중구의 비정상적인 활성화로 인해 과염증반응으로 세포가 사멸되는 과정을 NETosis(neutrophil extracellular trap formation)라고 하며, NETosis 현상은 급성 호흡기 증후군 및 패혈증 등 여러 합병증을 유발한다.
연구에서는 중증 코로나 환자의 혈액에서 NETosis 관련 인자들이 정상인과 경증 환자에 비해 매우 높게 발현되는 반면, 이를 억제할 수 있는 체내 DNase-Ⅰ의 농도가 매우 낮음을 확인했다. 아울러 패혈증과 같은 여러 합병증을 유발하는 NETosis를 억제하기 위해 생체재료 기반 나노기술을 이용해 장시간 체내 DNase-Ⅰ의 혈중농도를 유지하는 신개념 나노입자를 개발했다.
연구팀은 오징어 먹물의 주성분인 '멜라닌'의 우수한 생체적합성과 접착특성에 착안해 체내에서 장시간 순환 가능한 나노입자를 제작했으며, NETosis의 주성분인 DNA를 분해하는 생체분자인 DNase-Ⅰ를 멜라닌 나노입자 표면에 접착시켜 혈중에서 장시간 치료효과를 보이는 나노입자를 제작했다.
또 중증 코로나 바이러스 환자샘플과 패혈증 동물모델에서 DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자를 투여하는 것이 DNase-Ⅰ 단독 투여보다 유의미한 차이를 보이며, NETosis를 억제함으로써 과염증 반응을 낮춰 전신 염증을 완화하고 사망률을 낮추는 것을 확인했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부/한국연구재단 기초연구실 및 개인기초연구(신진연구) 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 10월20일 온라인 게재됐다.
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