이용현 교수팀, 염증성 장질환 근본 치료 위한 마이크로바이옴 기반 차세대 나노겔 치료기술 개발
이용현 교수
약학과[대학원]
프리바이오틱스-마이크로바이옴 대사체 결합한 이중 효소 감응형 나노겔 개발
연구 결과 세계적 학술지 <Small>에 게재
약학과 이용현 교수 연구팀이 이대목동병원 김성은 교수 연구팀과 중앙대학교 약학대학 이동규 교수 연구팀과의 공동연구로 염증성 장질환(Inflammatory Bowel Disease, IBD)의 근본적 치료를 위한 마이크로바이옴 기반 차세대 나노겔 치료 기술을 개발했다.
프리바이오틱스인 이눌린과 마이크로바이옴 대사체인 부틸레이트를 화학적으로 결합한 염증 병소 특이적 이중 효소 감응형(Dual-Enzyme Responsive) 나노겔을 개발한 이번 연구는 세계적 학술지인 <Small>에 게재되면서 그 우수성을 인정 받았다.
염증성 장질환은 장내 마이크로바이옴 불균형, 장 점막 장벽 손상, 과도한 면역반응이 복합적으로 얽혀 발생하는 대표적 난치성 질환이다. 특히 부틸레이트는 최근 노벨생리의학상 주제로 주목받은 조절 T세포의 분화를 촉진하고 장벽 보호 효과를 지니고 있지만, 특유의 악취와 소장에서의 조기 흡수로 인해 실제 치료제로 활용하는 데 한계가 있었다. 또한 프리바이오틱스 역시 장내 유익균 증식에는 기여할 수 있으나 염증 병변에서 선택적으로 작용하기 어렵다는 한계가 있었다.
염증성 장질환 차세대 치료 기술 개념도
이용현 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 장 염증조직 내 장내미생물 효소인 이눌라아제(이눌린 분해효소)와 에스테라아제(에스터 분해효소)에 의해서만 순차적으로 분해되는 지능형 나노겔 전달체를 개발했다. 경구 투여 시 나노겔은 염증 부위에 표적 전달된 뒤 마이크로바이옴에 의해 선택적으로 이중 대사되어 장내 미생물 생태계를 개선하고 그 기능을 증진시킨다. 그 과정에서 방출된 부틸레이트는 조절 T세포 분화를 유도해 과도한 면역반응을 억제하고 손상된 장 점막 장벽을 효과적으로 회복시키는 탁월한 효능을 동물모델에서 입증했다. 따라서 본 소재는 염증성 장질환에서 우수한 치료 효과를 입증했을 뿐만 아니라, 나아가 다양한 전신 질환에도 적용 가능한 새로운 치료 플랫폼이 될 것으로 기대된다.
연구를 주도한 이화여대 이용현 교수는 “이번 연구는 마이크로바이옴의 먹이와 대사체를 나노기술로 융합해 염증 병변에서만 정밀하게 작동하도록 설계한 차세대 치료기술”이라며, “기존 치료제가 해결하지 못했던 면역 이상, 장벽 손상, 마이크로바이옴 불균형을 동시에 조절함으로써 염증성 장질환 환자들에게 보다 근본적인 치료 가능성을 제시함은 물론, 기존 치료제가 잘 듣지 않는 환자들에게도 장기간 부작용 없이 안정적으로 적용 가능한 새로운 대안이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 연구는 한국보건산업진흥원 마이크로바이옴치료기술개발사업, 한국연구재단 미래기술연구실 사업 및 BK21 사업, 한국기초과학지원연구원 공동연구 활성화 지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과를 담은 논문은 「대장염에서의 장내 미생물군, 장 점막 장벽 및 조절 T세포 조절을 위한 이눌린-부틸레이트 나노겔(Inulin-Butyrate Nanogel for Modulation of Gut Microbiome, Intestinal Barrier, and Regulatory T-Cells in Colitis)」라는 제목으로 발표됐으며, 박나윤 석사(제1저자)와 이봄 석박사통합과정생(공동저자)이 참여했다.