이용현 교수 공동연구팀, 장 장벽 손상 줄이고 면역·마이크로바이옴 조절 강화한 차세대 치료 기술 개발
이용현 교
약학과[대학원]
염증성 장질환 치료 장애물, 스테로이드-나노의약 상호보완으로 극복할 실마리
약물 전달 분야 권위지 <Journal of Controlled Release> 게재
약학과 이용현 교수 연구팀이 약학대학 초빙석좌교수인 제임스 문(James Moon) 약학대학 초빙석좌교수(미국 미시간대), 이대목동병원 김성은 교수 연구팀과의 국제 공동연구를 통해 스테로이드 치료제로 인한 장 상피 손상과 전신 부작용을 줄이는 동시에, 저용량 나노의약만으로는 제한적이었던 면역 및 장내 미생물 환경(마이크로바이옴) 조절 효과를 강화하는 새로운 경구 나노치료 기술을 개발했다.
히알루론산–빌리루빈 나노입자에 스테로이드계 면역억제제인 메틸프레드니솔론을 탑재한 이번 연구는 약물전달 분야의 세계적 학술지인 <Journal of Controlled Release> (IF=12.4, 상위 3%)에 온라인 게재됐다.
염증성 장질환은 장 장벽 기능 이상, 장내 마이크로바이옴 불균형, 비정상적인 점막 면역반응이 서로를 악화시키며 만성 염증을 지속시키는 대표적인 난치성 질환이다. 메틸프레드니솔론과 같은 스테로이드는 강력한 면역억제 효과를 나타내고 장내 마이크로바이옴 변화를 유도할 수 있지만, 장기간 사용 시 전신 부작용이 발생할 수 있고 장 상피세포의 회복 및 장 장벽 기능을 저해할 수 있어 지속적 치료에 한계가 있다.
연구팀은 이러한 스테로이드 치료의 한계와 기존 나노의약의 한계를 상호보완하는 전략에 주목했다. 히알루론산-빌리루빈 나노입자의 장 상피 보호 기능으로 스테로이드에 의한 장 상피 손상을 완화하고, 저용량 나노입자의 제한적인 면역·마이크로바이옴 조절 효과는 스테로이드의 약리작용으로 보완하도록 경구 나노치료제를 설계했다.
개발된 나노치료제는 경구 투여 후 위장관에서 약물이 조기에 방출되는 것을 억제하고, 염증이 발생한 대장 조직에서 스테로이드의 축적을 증가시켰다. 동시에 전신으로 노출되는 스테로이드 치료제의 양을 줄였으며, 대표적인 전신 부작용 지표인 흉선 위축도 유의하게 완화했다. 또한 스테로이드와 산화 스트레스에 의해 유발되는 장 상피세포 손상을 억제해 장 장벽을 효과적으로 보호했다.
특히 대장염 동물모델에서 경구 나노치료제는 장 장벽 기능을 강화하는 동시에 면역반응과 장내 마이크로바이옴 조절 효과를 향상시켰다. 저용량 히알루론산-빌리루빈 나노입자 단독으로는 면역 및 마이크로바이옴 조절 효과가 제한적이었던 반면, 개발된 경구 스테로이드 나노치료제는 낮은 나노입자 용량과 임상적으로 적절한 스테로이드 용량에서도 각 성분을 단독으로 투여했을 때보다 우수한 치료효과를 나타냈다.
염증성 장질환 경구 나노치료기술 개념도
이번 연구는 단순히 스테로이드를 염증 부위에 전달하는 데 그치지 않고, 치료제와 생리활성 나노의약이 서로의 약점을 보완하도록 설계해 전체 치료효과를 높이는 새로운 나노의약 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 이를 통해 스테로이드 치료에서 문제가 되는 장 상피 손상과 전신 부작용을 줄이는 한편, 장 장벽–면역–마이크로바이옴 사이의 병적 악순환을 동시에 완화할 가능성을 제시했다.
이용현 교수는 “이번 연구의 핵심은 스테로이드와 나노의약의 장점을 단순히 결합하는 것이 아니라, 각각의 한계를 서로 보완하도록 치료 시스템을 설계한 것”이라며, “장 장벽 손상과 면역 이상, 마이크로바이옴 불균형이 서로 영향을 주고받는 염증성 장질환을 동시에 조절할 수 있다는 점에서 의미가 있으며, 이러한 상호보완적 나노의약 설계 전략은 다양한 만성 염증 질환에도 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 ∆한국보건산업진흥원 마이크로바이옴치료기술개발사업, ∆한국연구재단 미래기술연구실 사업 및 BK21 사업, ∆한국기초과학지원연구원 공동연구 활성화 지원사업의 지원 및 신진인프라 구축사업을 받아 수행됐다. 연구 논문은 「Barrier-Reinforcing Hyaluronic Acid–Bilirubin Nanodelivery of Methylprednisolone for Synergistic Colitis Therapy」라는 제목으로 게재됐으며, 이봄 석사과정생과 유지은 석사가 공동 제1저자, 김유정 박사과정생이 공저자로 참여했다.
이용현 교수, 제임스 문 교수 사진(왼쪽부터)