College Of Engineering
서울공대 이야기
서울대 현택환 교수팀,
세리아 나노입자로 파킨슨병 치료법 개발


▲ (왼쪽부터) 현택환 서울대 화학생물공학부 교수, 권혁진 연구원, 김도균
 
난치성 질환인 파킨스병 치료가 가능한 신약 후보 물질을 국내 연구진이 처음으로 개발했다.
 
서울대 공대(학장 차국헌)는 현택환 화학생물공학부 교수 연구팀이 활성산소를 영역별로 제거하는 세리아 나노입자 시스템으로 파킨슨병 치료 효과를 확인했다고 밝혔다.
 
활성산소란 세포에 손상을 입히는 여러종류의 변형 산소를 총칭하는 말이다. 약간의 활성산소는 세포의 생존에 꼭 필요하지만 농도가 높아지면 ‘산화 스트레스’라는 현상을 일으켜 도리어 세포를 공격한다. 병원에서 세균을 죽여 소독하는 ‘과산화수소’도 활성산소의 일종이다. 활성산소는 노화의 원인이 되며, 신경계에 영향을 미치면 파킨슨 발병의 원인이 된다.
 
문제는 같은 파킨슨병이라도 활성산소가 신경세포에 영향을 미치는 위치가 저마다 다르다는데 있다. 세포 속 소기관인 미토콘드리아, 그리고 세포의 주 구성물질인 세포질에서 생기는 산화 스트레스가 파킨슨의 주 원인이 되지만, 세포 바깥쪽에 생기는 활성산소 역시 파킨슨 발병에 영향을 미친다.
 
따라서 산화스트레스가 일어나는 위치에 따라 효과적으로 치료약을 써야 하는데, 기존에는 이런 기술이 없었다.
 
현택환 교수팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘세리아(CeO₂, 산화세럼)’란 물질에 주목했다. 세리아가 활성산소 제거에 효과가 있으니 치료약이 될 수 있을 거라 생각한 연구진은 6년 전인 2012년부터 이를 의료분야에 적용키 위해 연구해 왔다. 그 결과 연구진은 세리아를 나노미터(nm=10억 분의 1m) 단위의 미세입자로 가공하면 이를 치료약으로 사용할 수 있다는 사실을 알아냈다.
 
연구팀은 이에 한발 더 나아가 파킨슨을 일으키는데 관여하는 미토콘드리아, 세포질, 세포 외부, 이렇게 3가지 영역에서의 발생하는 활성산소를 구분하고, 이들을 각각 제거할 수 있는 3가지 구조의 세리아 나노입자를 만드는데 모두 성공했다.
 
크기가 가장 작고(11nm), 음(-)의 성질을 띠고 있는 세리아 입자는 세포질 활성산소 제거용, 크기가 좀 더 크고(22nm) 양(+)의 성질을 가진 세리아는 미토콘드리아용, 가장 크기가 커(400nm) 세포 내로 이동하지 못하도록 만든 ‘클러스터 나노입자’를 각각 개발했다. 이 기술이 실용화되면, 3가지 나노입자 중 필요한 것을 확인해 선택적으로 파킨슨을 치료할 수 있다.
 
연구팀은 실험용 쥐를 이용한 동물실험으로 세리아 입자의 효과를 실제로 증명했다. 파킨슨에 걸린 쥐에게 3종류의 세리아 입자를 주입한 결과, 뇌 속 신경전달물질인 도파민의 원료 물질인 ‘티로신하이드록시아제(TH)’의 양이 정상쥐와 비슷한 수준으로 올라갔다. 세포 외부용으로 개발한 클러스터 나노입자는 TH가 줄지 않았지만, 뇌세포 외부의 산화 스트레스를 효과적으로 제거한다는 사실을 확인했다.
 
현 교수는 “이번 결과는 파킨슨 발병 원인에 따라 선택적으로 적용할 수 있는 최초의 사례로, 새로운 의학적 적용을 보여준 것”라고 밝혔다.
 
이번 연구 결과는 화학분야 국제적 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition, 독일 응용화학회지)’ 온라인 판에 6월 22일자로 게재됐다.
 

▲ [그림1] 세포 내, 외 및 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자


▲ [그림2] 세리아 나노입자 시스템의 전자 현미경 사진과 공초점 현미경 사진


▲ [그림3] 파킨슨 병 모델(MPTP) 생쥐의 선조체 공초점 현미경 사진


▲ [그림4] 파킨슨 질병 쥐와 대조군 쥐의 뇌에서 타이로신 하이드록실레이즈 발현량
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