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KAIST교수팀, 떫은맛 ‘탄닌산’이용 스탠트 대신 심장에 약물전달 기술 개발
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KAIST교수팀, 떫은맛 ‘탄닌산’이용 스탠트 대신 심장에 약물전달 기술 개발

뉴스1입력 2018-05-16 10:35수정 2018-05-16 11:05
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탄닌산으로 제조한 단백질 복합체가 심장 조직에 전달되는 모식도(카이스트 제공)© News1

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 화학과 이해신 교수 연구팀이 와인의 떫은맛을 내는 성분인 탄닌산(tannic acid)을 이용해 간단한 정맥주사만으로도 약물을 심장 조직에 전달하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 탄닌산을 단백질, 펩타이드 등의 약물과 혼합시켜 입자화하는 방법을 통해 심장 조직을 표적할 수 있음을 규명했다.

심장은 인체 내 가장 중요한 기관으로 분당 60~100회의 박동을 하는 동안 약 5리터의 혈액을 뇌를 포함한 전신에 공급하는 역할을 한다. 심장은 심근이라는 근육을 이용해 끊임없이 박동하는 운동성이 높은 기관이다.

심장 및 관련 혈관 질병을 심혈관계-순환계 질환이라고 하는데 이는 우리나라 사망 원인 2위를 차지한다. 고혈압, 당뇨, 고지혈증, 흡연, 비만 등 현대인의 불규칙한 식습관 및 생활 습관으로 인해 나타날 수 있다. 대표적으로 심장으로 가는 관상동맥이나 미세한 혈류들이 좁아져 산소 및 영양분 공급이 원활하지 못해 발생하는 심근경색이 있다.

많은 연구자들이 심혈관계 질환 극복을 위한 화학 약물요법이나 치료용 단백질 등을 개발하고 있다. 그러나 여전히 직접적인 수술, 카테터 및 스텐트 삽입 등에 의존할 뿐 일반 정맥주사로 개발된 약물을 심장에 효율적으로 전달하는 기술은 개발되지 않았다.

심장의 강한 운동성으로 정맥으로 주사된 약물이 순환하는 동안 심장으로의 전달 효율이 급격하게 저하되기 때문이다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 과일 껍질, 견과류, 카카오, 와인 등에 다량으로 존재하는 탄닌산이라는 물질을 이용했다.


탄닌산은 와인의 떫은맛을 내는 폴리페놀 분자의 일종으로 혀에 존재하는 점막 단백질과 결합해 떫은맛을 낸다고 알려져 있다.

연구팀은 탄닌산과 단백질 사이의 강한 분자 간 결합력을 이용해 치료용 단백질, 유전자 전달체인 바이러스 또는 기능성 펩타이드 약물 등을 간단하게 섞어주는 방법으로 입자화에 성공했다. 또 이를 주사했을 때 심장을 표적화할 수 있다는 사실을 발견했다.

탄닌산을 이용한 단백질 입자화 기술의 원리는 일종의 ‘분자 수준에서의 코팅’ 기술이다. 입자화된 단백질 복합체 표면에 코팅된 탄닌산이 심장의 기능을 유지하기 위해 밀집돼 있는 엘라스틴 및 콜라겐 단백질과 부가적으로 강한 상호작용을 하며 심장 조직에 부착된 상태로 오랜 시간 머문다.

이러한 탄닌산-단백질 복합체는 단백질만을 주사했을 때와 비교해 5일 이상 장기적으로 혈관 내에서 순환되는 것을 확인할 수 있었다.

연구팀은 예전부터 탄닌산을 비롯한 접착성, 코팅성을 갖는 다양한 폴리페놀 재료를 응용해 의료용 생체 재료를 개발해 왔다. 실제로 심근경색 동물 모델에 탄닌산과 섬유아세포 증식인자를 섞어 만든 약품을 주입한 뒤 4주가 지나 심근경색이 일어난 크기가 감소하고, 좌심실 압력 및 심박출량 등이 정상에 가깝게 호전되는 것을 확인했다.

이해신 교수는 “현재까지 심장 질환과 관련한 많은 약물들이 개발됐음에도 상대적으로 약물을 심장에 효율적으로 전달하는 방법은 개발되지 않았다”며 “이번 기술은 기존 약물들을 새롭게 공식화해 개량 신약으로 만들 수 있는 원천기술”이라고 말했다.

이번 연구는 연구재단 중견연구자 도약연구, 보건복지부 암정복프로그램, 산업통상자원부의 바이오산업핵심기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

연구 결과는 네이처 자매지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’ 지난달 30일자 온라인 판에 게재됐다.

(대전ㆍ충남=뉴스1)



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