뇌까지 도달하는 ‘약물 택배’, 10분이면 만든다

시사위크=박설민 기자  국내 연구진이 ‘엑소좀’을 이용한 차세대 약물 플랫폼 기술을 새롭게 고안했다. 빠른 약물 탑재가 가능해 신규 난치성 질환 치료제 개발의 초석이 될 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 김호준 생체분자인식연구센터 선임연구원, 김홍남 뇌융합연구단 김홍남 책임연구원팀이 단순히 섞기만 해도 거대분자를 엑소좀에 빠르게 담을 수 있는 새로운 약물 로딩(loading) 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

엑소좀은 세포 간 신호 전달을 담당하는 생체 유래 입자다. 약물을 특정 세포에 전달하는 데 활용되는 차세대 전달체다. 하지만 엑소좀은 다량의 콜레스테롤을 포함한 촘촘하고 질긴 막 구조로 돼 있다. 때문에 mRNA나 단백질 같은 거대분자 약물을 내부에 담기 어렵다는 한계가 있었다. 

이 문제를 해결하기 위해 기존에는 엑소좀에 약물을 담기 위해 전기충격이나 화학 처리를 사용하고 있다. 하지만 이 과정에서 약물과 엑소좀이 손상되기 쉬웠다. 또한 전달 효율도 낮을 뿐 아니라 복잡한 정제 과정을 거쳐야 했기 때문에 상용화에 어려움이 많았다.

이 같은 문제를 해결하기 위해 KIST 연구진은 ‘큐보좀’이라는 지질 나노입자로 거대분자 약물을 엑소좀에 쉽게 담을 수 있는 기술을 개발했다. 큐보좀은 세포막과 비슷한 성질을 지닌다. 때문에 엑소좀과 자연스럽게 융합할 수 있다. 이렇게 하면 다양한 크기의 약물을 안정적으로 담을 수 있다. 

연구팀은 mRNA를 담은 큐보좀과 엑소좀을 상온에서 합성했다. 그 결과, 10분 동안 함께 두는 것만으로도 mRNA가 엑소좀 내부에 빠르게 전달된다는 것을 확인했다. 성분 분석 결과 mRNA 98% 이상이 엑소좀 내부에 담겼다. 엑소좀의 구조와 생체 기능도 그대로 유지됐다.

연구팀이 합성한 엑소좀은 인체 내 약물 전달이 어려운 조직인 뇌혈관장벽을 성공적으로 통과했다. 엑소좀 고유의 기능도 그대로 유지되는 것으로 확인됐다. 특히, 엑소좀이 본래 유래된 세포로 되돌아가는 ‘호밍(homing)’ 특성이 관찰돼 병변 부위에 정확히 약물을 전달할 수 있는 것으로 나타났다.

또다른 장점은 이 기술은 장비나 복잡한 처리 없이 간단한 공정으로도 실제 임상 환경에서도 쉽게 활용될 수 있다는 것이다. 엑소좀의 생체 기능을 유지한 채 거대분자 약물을 안정적으로 전달할 수 있어 뇌 질환, 암, 자가면역질환 등 다양한 난치성 질환의 정밀 치료제 개발에도 폭넓게 응용될 것으로 기대된다.

김호준 선임연구원은 “엑소좀과 약물을 의료 현장에서 손쉽게 조합해 치료제로 사용할 수 있는 기술”이라며 “환자 맞춤형 치료제 실현에 큰 의미가 있다”라고 말했다. 

김홍남 책임연구원은 “뇌처럼 복잡한 조직에서도 정확한 약물 전달이 가능해 다양한 질환 치료에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’ 최신호에 게재됐다.