[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 의생명공학과 류동렬 교수와 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 공동 연구팀이 심근경색으로 손상된 심장에 에너지 대사 회복 물질을 직접 전달하는 주사형 하이드로젤 '아이엔젤(iANgel)'을 개발했다고 10일 밝혔다.

심근경색이 발생하면 심장 근육에 혈액과 산소 공급이 줄면서 세포의 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아 기능이 떨어지고, 염증과 산화 스트레스가 늘어 심장 조직 손상이 심해진다. 연구팀은 심근경색 후 심장 조직에서 급격히 줄어드는 조효소 'NAD(니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드)'에 주목했다. NAD를 보충하는 물질을 먹거나 정맥에 투여하면 혈액을 따라 온몸에 퍼져 손상 부위에 충분히 전달되지 않는다는 한계가 있었다.

연구팀은 체내에서 NAD로 바뀌어 세포 에너지 대사에 쓰이는 'NR(니코틴아마이드 리보사이드)'을 담은 주사형 하이드로젤을 만들었다. 손상된 심장 조직에 직접 주입하거나 심장 표면에 부착해 NR을 서서히 내보내도록 설계했다. 약물을 붙잡아 서서히 내보내는 소재와 조직에 잘 달라붙는 소재를 결합해, 박동하는 심장 표면에서도 쉽게 떨어지지 않도록 했다. 주사기와 카테터로 투여할 수 있고, 심근경색 직후 염증과 조직 변화가 활발한 초기 3일간 치료 물질이 집중적으로 공급되도록 했다.

연구팀은 심근경색을 유도한 생쥐 모델 실험에서 아이엔젤을 투여한 경우 심장 조직의 NAD 수치가 회복되고 심장 수축 기능과 혈액 박출 기능이 좋아진 것을 확인했다. 심장 근육에 직접 주사하면서 표면에도 부착하는 방식을 함께 썼을 때 효과가 가장 컸던 반면, NR을 복강에 주사해 전신 투여한 그룹에서는 같은 수준의 개선이 나타나지 않았다. 심장 초음파와 심전도 검사에서도 박출률과 수축 기능 개선, 전기적 신호 이상 완화가 확인됐고 염증과 섬유화, 조직 손상도 줄었다. 이런 개선 효과는 28일간의 추적 관찰에서도 유지됐다.

연구팀은 작용 원리도 규명했다. NAD 보충이 세포 보호 단백질 'SIRT1'의 작용을 회복시켜 미토콘드리아 기능을 보호하고, 염증 반응 신호를 억제하며 철 의존성 세포 사멸인 페롭토시스(ferroptosis)를 완화하는 것으로 나타났다.

류동렬 교수는 "아무리 뛰어난 치료 물질이라도 필요한 장기에 적절한 시점에 충분히 전달되지 않으면 치료 효과를 기대하기 어렵다"며 "이번 연구는 심장에 치료 물질을 직접 전달하는 기술과 세포의 에너지 대사 회복을 결합했다는 데 의미가 있다"고 말했다.

이번 연구는 성균관대 김성동 박사와 GIST 웨이쉬보 박사가 공동 제1저자로 수행했으며 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받았다. 연구 성과는 재료과학·바이오소재 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 지난달 26일 온라인 게재됐다. 연구팀은 앞으로 대동물 심근경색 모델에서 유효성과 안전성을 검증하고 임상 적용을 위한 후속 연구를 진행할 계획이다.

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