혈관 주입 금 나노입자로 기계력 생성→혈관 밀착연접 일시 개방
미 텍사스대 연구진 '나노 레터스'에 논문…"뇌종양 치료 등 쓰일 수도"
(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 혈뇌장벽(blood-brain barrier)은 혈액을 통해 운반될 수 있는 병원체나 위험 물질로부터 뇌와 중추신경계를 분리, 보호하는 역할을 한다.
사실 혈뇌장벽은 비유적 표현이다.
실제로 혈뇌장벽은 뇌의 성상교세포 분비 물질에 의해 형성되는 뇌 모세혈관 내피세포의 밀착연접을 말한다.
고도의 선택적 투과성을 보이는 이 밀착연접은 뇌세포 사이의 용질 이동과 친수성 고분자 물질의 통과를 차단한다.
따라서 약물 등 수용성 분자가 혈뇌장벽을 통과하려면 특별한 채널이나 단백질 운반체가 필요하다.
원래 뇌를 지키는 혈뇌장벽이지만, 뇌 조직에 치료 약 등을 전달할 때는 결정적 장애가 되는 이유가 여기에 있다.
이런 어려움에 봉착한 의사와 환자에게 희소식이 될 만한 연구 결과가 나왔다.
빛과 나노입자로 잠시 혈뇌장벽을 열어 뇌와 중추신경계 조직에 치료 약을 전달하는 기술이 개발된 것이다.
미국 텍사스대 댈러스 캠퍼스(University of Texas at Dallas)의 친젠펑(Zhenpeng Qin) 기계공학 부교수 연구팀이 수행한 이 연구 결과는 최근 미국 화학학회(ACS)가 발행하는 저널 '나노 레터스(Nano Letters)'에 논문으로 실렸다.
15일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 이 기발한 약물 전달 기술에서 핵심 역할을 하는 건 자체 개발한 광(光) 흡수성 금 나노입자다.
혈뇌장벽을 표적으로 식별하는 이 금 나노입자를 혈관에 주입한 뒤 두개(머리뼈)를 통해 피코초(picosecondㆍ1조분의 1초) 레이저 펄스를 가하면 혈뇌장벽의 투과성이 일시적으로 높아진다고 한다.
이렇게 혈뇌장벽이 일시적으로 풀리면 그 틈으로 약물 등이 뇌 조직으로 흘러 들어간다는 것도 동물 실험에서 확인했다.
레이저 펄스로 금 나노입자를 활성화하면 혈뇌장벽의 밀착연접을 느슨하게 만들 정도의 미세한 기계력(mechanical force)이 생긴다고 연구팀은 설명했다.
그러나 혈뇌장벽의 손상은 거의 일어나지 않았다.
이는 자연스러운 혈관 운동이나 뇌혈관 구조를 심각하게 교란하지 않으면서도 혈뇌장벽의 투과성을 조절할 수 있다는 뜻이다.
연구팀은 유전자 편집 요소를 싣는 데 쓰이는 바이러스 매개체와 항체, 지방소체(liposome) 등을 혈뇌장벽 너머로 운반하는 동물 시험에도 성공했다.
이렇게 혈뇌장벽의 투과성을 높이는 기술은 중추신경계 질환 치료제의 효능을 높이는 데 필수적이라고 과학자들은 강조한다.
논문의 공동 교신저자인 친 교수는 "뇌종양과 루게릭병(근 위축성 축삭 경화증) 치료, 뇌졸중 회복 관리, 유전자 치료 요소 운반 등에 쓰일 수 있다"라면서 "하지만 인간에게 적용하려면 연구과 시험이 더 필요하다"라고 말했다.
친 교수팀은 5년 전부터 텍사스 암 예방 연구소(CPRIT)의 자금 지원을 받아 혈뇌장벽의 투과성 조절 방법을 연구해 왔다.
지난 8월에는 교아종(glioblastoma) 치료에 이 방법을 적용할 수 있는지 확인하는 데 쓸 4번째 연구 자금을 받았다.
교아종은 성인에게 가장 흔히 발생하는 악성 뇌종양으로 꼽힌다.
친 교수팀은 자기장으로 나노입자를 자극해 혈뇌장벽을 교란하는 모델을 개발하는 걸 목표로 삼고 있다.
cheon@yna.co.kr
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