뇌 속 치매를 유발하는 단백질을 선별해 제거하는 나노 구조체가 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 분자인식연구센터 이준석 박사팀이 한국과학기술원(KAIST) 박찬범 교수팀, 아르곤 국립연구소와의 공동연구를 통해 치매의 주요 원인 물질 베타-아밀로이드 단백질을 흡입 제거해 알츠하이머 질환의 진행을 막는 나노청소기를 개발했다고 밝혔다.

베타-아밀로이드 단백질은 뇌 속에서 응집되는 특성이 있다. 이 단백질이 과도하게 응집되면 신경세포를 사멸시키고 시냅스를 파괴해 알츠하이머 진행을 가속시킨다. 이러한 응집을 막기 위해 베타-아밀로이드 단백질의 생성을 차단하거나, 생성된 단백질이 서로 응집되지 않도록 항체 및 저해제를 활용하는 연구가 여러 방면에서 진행되고 있으나 아직 효과적인 치매 치료제는 개발되지 못했다.

KIST 이준석 박사팀은 상기 기존 방식이 아닌 생성된 베타-아밀로이드 단백질을 원천적으로 흡입해 제거하는 새로운 접근법을 통해 독성물질의 생성을 차단했다. 베타-아밀로이드를 효율적으로 제거하기 위해서는 항체와 같은 베타-아밀로이드 선택성을 가진 물질이 필요하다. 하지만 기존 항체는 체내에서 안정성이 떨어지고 체내 다른 분자와도 결합할 수 있어 효율성도 낮았다.

이러한 한계를 극복하기 위해 거대한 구멍을 갖는 나노입자를 디자인해 넓은 표면적을 갖는 나노 구조체를 제작했다. 연구진은 이 구조체에 표적 물질에 대한 선택성은 높으면서도 보통의 항체보다 작아 더 높은 효율로 흡입할 수 있는 미니항체(scFv)를 부착해 표적 물질인 베타-아밀로이드 단백질을 선별 흡착하도록 했다.

특정 물질을 타겟팅해 빨아들이는 나노청소기의 구성 및 작용 개략도.

KIST 연구진이 개발한 나노청소기는 베타-아밀로이드 단백질을 효과적으로 흡착해 베타-아밀로이드 단백질의 비정상적 응집을 80% 이상 차단, 신경독성을 완화하였다. 또한, 연구진은 동물실험을 통해 그 효과를 입증해 미래 항-아밀로이드성 억제제로서의 가능성을 밝혔다.

본 연구를 주도한 KIST 이준석 박사는 “나노청소기를 이용해 베타-아밀로이드나 타우 단백질에 대한 흡입을 통해 신경독성 물질의 응집저해가 가능할 뿐만 아니라, 응용 범위를 확장하면 체내 다양한 유해물질을 선택적으로 제거할 수 있는 나노청소기로써 질병 예방 및 건강증진에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 ‘Advanced functional Materials’(IF: 15.621, JCR 분야 상위 3.041%) 표지논문(Front Cover)으로 선정되어 게재될 예정이다.

왼쪽부터 KAIST 박찬범 교수, KIST 이준석 선임연구원, ANL Elena A. Rozhkova 박사. KIST 정희진 석사과정.

* (논문명) Silica Nanodepletors: Targeting and Clearing Alzheimer’s β–Amyloid Plaques

– (제1저자) 한국과학기술연구원 정희진 석사과정

– (제1저자) 한국과학기술원 정유정 박사과정

– (제1저자) 한국과학기술연구원 이창헌 박사

– (제1저자) 미국 아르곤 국립연구소 Rosemarie Wilton 박사

– (교신저자) 한국과학기술연구원 이준석 선임연구원

– (교신저자) 한국과학기술원 박찬범 교수

– (교신저자) 미국 아르곤 국립연구소 Elena A. Rozhkova 박사