“나노 약물 전달 효율 개선 위한 혈장단백질 결합 원리 규명”

(용인=뉴스1) 김평석 기자 = 단국대학교 이환규 교수(화학공학과)가 슈퍼컴퓨터를 활용해 리포솜 기반 약물 전달체 표면에서 형성되는 ‘단백질 코로나(Protein Corona)’의 형성 원리를 규명했다.

8일 단국대에 따르면 이번 연구는 혈액 내 다양한 단백질과 리포솜 간 상호작용을 분자 수준에서 분석한 것이다. 나노 약물이 체내로 이동하는 과정과 작동 원리를 예측·제어할 수 있는 기반을 제시해 생명공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼스(Advanced Healthcare Materials)’ 4월호 표지논문으로 선정됐다.

합성고분자 또는 무기물질 기반 약물전달체는 세포독성 및 면역반응 등의 부작용을 일으킨다.

반면, ‘리포솜(Liposome)’은 세포막과 유사한 인지질 구조로 이루어진 구형 나노입자로 항암제나 백신 등을 전달하는 대표적인 약물 전달체다. 코로나19 mRNA 백신에도 적용되며 차세대 약물 전달 플랫폼으로 주목받고 있다.

그러나 체내에 투입되면 혈관 내에 있는 혈장단백질이 리포솜 표면에 결합해 단백질 코로나를 형성하면서 약물 전달 효율이 떨어지는 한계가 있었다.

이 교수는 서로 다른 전하 특성을 가진 다양한 크기의 리포솜을 제작, 주요 혈장단백질들과의 상호작용을 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다.

그 결과, 리포솜 크기 및 지질 조성이 리포솜 표면에 흡착되는 혈장단백질의 종류와 흡착 정도에 영향을 미친다는 것을 밝혀냈다. 리포솜과 단백질 사이의 상호작용 메커니즘도 규명했다. 표면 곡률과 화학적 성질이 단백질 결합을 결정짓는 핵심 요인임을 확인했다.

또 초기에는 농도가 높은 단백질이 먼저 흡착되지만, 시간이 지나면서 결합력이 더 강한 단백질이 기존 단백질을 밀어내고 표면을 차지하는 것을 분자 수준에서 규명했다. 이는 기존의 이론으로 알려진 ‘브로만 효과(Vroman effect)’를 실제 입증한 결과다.

이 교수는 “이번 연구는 나노 약물이 몸속에서 어떻게 움직이는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다”며 “향후 AI 기반 설계를 통해 단백질 결합을 정밀 제어하고, 암세포만을 선택적으로 표적하는 차세대 약물 전달 기술로 확장해 나갈 것”이라고 밝혔다.

논문명은 '리포솜의 조성과 크기가 단백질 코로나 형성에 미치는 영향: 리포솜 표면에서 고농도 단백질이 고친화성 단백질로 대체되는 경쟁적 교체 현상’이다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업 및 국가슈퍼컴퓨팅센터(KISTI) 혁신지원프로그램의 지원을 받아 수행됐다.

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