성균관대학교(총장 신동렬)는 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 연구팀이 국내 공동 연구진과 함께 '코로나19' 및 패혈증 환자의 중증도를 선별할 수 있는 바이오마커를 발견하고, 이를 활용한 나노재료 기반 범용 치료후보 물질을 개발했다고 26일 밝혔다.
이번 연구에는 이원화(한국생명공학연구원), 안준홍(영남대학교병원), 박희호(강원대학교), 박우람 교수(가톨릭대학교)가 함께 참여했다.
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. 하지만 코로나 바이러스에 대항하는 백신은 개발 중에 있으며, 렘데시비르와 같은 치료제들이 제한적으로 사용되고 있다. 중증으로 악화되거나 사망하는 환자를 예측할 수 있는 바이오마커도 없는 실정이다.
이에 연구진은 코로나19 환자의 혈액을 이용해 병의 경중을 예측할 수 있는 바이오마커를 발견했다. 바이오마커를 이용해 중증환자의 합병증으로 인한 사망을 예방할 수 있는 생체재료 기반 나노 치료제를 개발했다.
중증 코로나 환자는 급성 호흡곤란 증후군의 증상을 보이고, 폐 조직이 심하게 손상된다. 이에 대응해 호중구와 같은 다양한 혈액내 면역세포들이 바이러스 감염으로부터 숙주를 보호하기 위해 면역반응을 보이지만, 지나치면 오히려 독이 되어 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. 또 패혈증과 같은 여러 합병증을 유발하는 NETosis를 억제하기 위해 생체재료 기반 나노기술을 이용하여 장시간 체내 DNase-Ⅰ의 혈중농도를 유지하는 신개념 나노입자를 개발했다.
연구팀은 오징어 먹물의 주성분인 '멜라닌'의 우수한 생체적합성과 접착특성에 착안해 체내에서 장시간 순환 가능한 나노입자를 제작했다. 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 사이언스에 20일 온라인 게재됐다.
김명희기자 noprint@etnews.com
