한양대 박희호 교수팀, 효과적인 조직 재생 약물 전달 시스템 개발

▲ 인간 혈청 알부민 기반의 단백질 나노입자를 이용한 염기성섬유모세포성장인자의 전달 및 이를 통한 조직재생 관련 작용 기전 (자료=한양대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 한양대 생명공학과 박희호 교수가 손상된 조직의 재생 및 치유에 효과적인 신개념 약물 전달 시스템을 개발했다고, 한양대가 14일 밝혔다.

해당 기술은 인간 혈청 알부민(human serum albumin, HSA) 단백질 기반의 단백질 나노입자(protein nanoparticle, NP)를 제작하여 조직재생에 필수적인 염기성섬유모세포성장인자(basic fibroblast growth factor, bFGF)를 효과적으로 담지하고 분비할 수 있도록 만든 약물 전달 시스템이다.

bFGF는 손상된 조직 및 상처를 치유하는 데 중요한 역할을 하는 성장인자로서, 조직공학 및 재생의학 분야에서 널리 인정받아 온 물질이다. bFGF는 진피 섬유아세포(human dermal fibroblast)의 증식 및 이동성 증진을 통해 손상된 조직의 새로운 기질 형성을 돕고 내피세포(endothelial cell)의 발달을 촉진함으로써 신생 혈관 생성을 통한 효과적인 조직 재생을 유도한다고 알려져 있다. 하지만 뛰어난 조직 재생 효능에도 불구하고 생체 내 환경에서 불안정하며 쉽게 분해된다는 특성(반감기 8시간 이내) 때문에 임상 적용에 한계가 있었다.

공동연구팀은 이러한 문제점을 개선하고 효과적인 조직 재생을 유도하기 위해 bFGF의 안정성을 극대화하면서도 상처 부위에 해당 약물을 지속 공급해 줄 수 있는 새로운 약물 전달 시스템 개발에 나섰다.

연구팀은 HSA 단백질 기반의 단백질 나노입자를 생산하는 기술을 확립함으로써 bFGF의 안정성을 기존 8시간에서 최대 2주 이상으로 증대하였고, 장기간에 걸쳐 소량의 bFGF가 상처부위에 지속적으로 방출되는(sustained release) 플랫폼을 구축했다.

생성된 bFGF 단백질 나노입자(HSA-bFGF NP)는 균일한 크기의 구형으로 제작되었고, 담지하는 bFGF 단백질의 농도와 가교제의 양을 조절함으로써 bFGF의 시간별 방출 양 및 방출 속도 등을 조절할 수 있었다. 그리고 이러한 bFGF 단백질 나노입자를 통해 전달된 bFGF 단백질은 세포실험 및 동물실험 모두에서 유의한 조직 재생 효능을 나타내었다. 동시에, 흉터 형성(scar formation)에 관여하는 것으로 알려진 근섬유아세포(myofibroblast) 관련 인자의 발현은 낮게 유지됨으로써, 안전하고 발달된 조직 재생을 이룰 수 있었다.

▲ 공동 연구진. (윗줄 왼쪽부터) 한양대 박희호 교수, 울산과학기술원 주진명 교수, 세종대 권보미 교수(이상 교신저자). (아랫줄 왼쪽부터) 한양대 손보람 박사, 원효섭 학생, 울산과학기술원 김민주 학생(이상 제 1저자) (사진=한양대)

박희호 교수는 "이번 연구를 통해 구축한 단백질 나노입자 기반의 약물 전달 시스템(drug delivery system)은 대상 질병(target disease)과 그에 따라 전달하고자 담지하는 카고(cargo) 단백질을 달리하면, 그 적용 분야가 무궁무진한 플랫폼"이라며, "다양한 종류의 손상된 조직을 치유할 수 있어 광범위한 적용 가능성을 가지는 효과적인 새로운 개념의 치료제"라고 말했다.

한국연구재단의 기초연구실 사업과 우수신진연구 사업의 지원을 받아 진행된 이번 연구는 울산과학기술원(UNIST) 주진명 교수, 세종대학교 권보미 교수 연구팀이 공동으로 참여했다. 해당 논문은 세계적 학술지인 <Journal of Nanobiotechnology>(IF 10.2, pharmaceutical science 분야 상위 8%)에 2일 게재됐다.