미래캠퍼스 기재홍 교수, 허혈성 뇌졸중 치료를 위한 자기음향형 입자 개발

Biomaterials Research 게재

미래캠퍼스 의공학부 기재홍 교수는 한국과학기술연구원 바이오닉스연구센터 한성민 박사 연구팀과 허혈성 뇌졸중 치료를 위한 새로운 자기음향형 디스크 모양 입자를 개발했으며, 관련 연구 개발 결과가 10월 22일(토) 공학 및 재료 분야 권위지인 생체재료학회지(Biomaterials Research, IF=15.863, 2.6%)에 게재됐다.

임상적으로 혈전 용해 치료를 위해 재조합 플라스미노젠 활성제(recombinant tissue plasminogen activator, rtPA, Alteplase)를 사용하고 있지만 투여 시간에 대한 임상적 기준선이 엄격하며, 권장 투여 시간 외에 투여 시 출혈성 변질이 있다는 문제점이 있다. 또한, 해당 약제는 약 10분 이내의 체내 반감기를 가지기 때문에 효과적인 용해를 위해서는 많은 양의 활성제 투여가 강제되고 있다. 최근 약제 자체의 안정성과 부작용을 줄이기 위한 약물 전달 기술에 대한 개발은 관련 필드에서 중요한 이슈이며, 이를 위해 많은 연구자들이 노력하고 있다.

대부분의 재조합 플라스미노젠 활성제를 포함하는 약물 전달체들은 상향식 접근법(bottom-up approach)을 통해 합성돼 왔다. 상향식 접근 방법은 높은 약물의 적재 효율 획득에 유리하지만, 합성 단계에서 개별 입자의 정확한 모양 및 기본 특성의 제어가 어렵다는 단점이 있다. 최근 혈관성 질환에 유리한 전달체의 형상이 적혈구와 유사한 디스크라는 사실이 알려짐에 따라 리소그래피 기반의 하향식 접근법(top-down approach)을 통해 개별 모양의 입자를 디스크로 개질하려는 시도가 진행됐다. 과거 하향식 접근법을 사용해 디스크 형상의 입자 표면에 활성제를 화학적으로 개질해 혈전을 용해할 수 있다는 사실이 보고됐으나, 약제의 제어 방출의 정도 그리고 약제의 출혈성 변질의 상관관계에 관한 연구는 없었다.

본 연구팀은 리소그래피 기반의 하향식 접근법으로 합성된 혈전용해 디스크 입자를 개발했다. 이 입자는 혈류 거동에 있어 혈관 벽면과 상호작용하기에 최적화된 3마이크로미터의 크기를 가지며, 약제가 폴리머 표면이 아닌 폴리머 내부에 직접적으로 포함된다. 또한, 약물 외에 폴리머 내부에 초상자성체를 포함하기 때문에 자력에 의해 특정 위치에 표적화가 가능하며, 음향에 의한 물리적인 에너지를 입자에 가해 약제를 방출할 수 있는 장점이 있다. 그 결과, 자기 음향전략을 통해 전달체로부터 약물을 원하는 위치에 표적화해 선택적으로 방출시킬 수 있음을 확인했다. 또한, 시험관 및 동물 혈전 모델에서는 입자의 자기음향 동시 처리가 성공적인 혈전용해를 유도할 수 있음을 확인했다.

이번 연구에서 급성 허혈성 뇌졸중이 지속된 지 세 시간 이후 활성제의 정맥 처리가 재개통을 유발할 수 없을 뿐만 아니라 뇌혈관 표면에 출혈성 변질을 유발할 수 있다는 일반적인 약물의 부작용에 대해 재검증했다. 한편 동일한 환경에서 전달체의 자기 음향 전략은 허혈성 혈관을 개통시킴과 동시에 출혈성 변질 없이 경색을 완화할 수 있었다. 최종적으로 운동령 1영역을 담당하는 전반적인 뇌 영역의 혈전 동물 모델에서 혈관을 조기 개통함으로써 대조군과 유사한 운동 기능을 보였음을 밝혔다.

미래캠퍼스 의공학과의 기재홍 교수는 “전달체의 자기 음향전략을 통해 약물의 고유 출혈성 부작용을 줄일 수 있었고, 허혈성 뇌졸중이 시간 민감성 질환임을 생각할 때 이러한 방법은 허혈성 혈전 치료에 있어 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다.”고 연구의 의의를 밝혔다.

이번 연구는 미래캠퍼스 의공학과 기재홍 교수 그리고 한국과학기술연구원 바이오닉스연구센터 한성민 박사가 공동 교신저자로 수행했다.