한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단 권익찬 박사팀은 서울대 의대 조남혁, 김혜선 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 암, 치매, 패혈증 등 만병의 원인인 염증을 영상으로 관찰하고 추적할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

이 기술을 활용하면 체내 염증 효소의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있어 다양한 염증성 질병의 조기진단이 가능하다.

염증성 질환은 가장 광범위한 질환으로 사망률 1위인 암, 퇴행성 질환인 알츠하이머병, 세균 감염으로 인한 패혈증까지 다양한 질병들이 해당된다. 이들은 모두 염증 반응의 조절이 제대로 이뤄지지 않아 생기는 질병이다. 따라서 염증에 관한 심층 연구는 다양한 질환을 진단하거나 치료하는 데 도움을 줄 수 있다.

관절염, 통풍, 알츠하이머병 등과 같은 염증성 질환들은 공통적으로 특정한 단백질(인플라마좀)이 활성화된다는 사실이 알려지면서 이를 추적하기 위한 많은 연구가 이뤄지고 있다. 그러나 기존의 기술은 체내에서 인플라마좀의 활성화를 시공간적으로만 분석한다는 한계를 가졌다. 몇몇 연구의 경우 유전자 조작을 하여 실시간 관찰을 유도하였으나 유전자 조작이 필요하기 때문에 연구 목적으로만 사용 가능했다.

펩타이드 기반 캐스페이즈-1 효소 표적 형광체의 모식도.

KIST 연구진은 염증성 효소인 캐스페이즈-1을 관찰하기 위해 이 효소에 의해 절단되는 물질을 활용했다. 이 물질에 빛을 발하는 형광물질과 빛을 억제하는 소광물질을 결합하였다. 이를 통해 형광 신호의 노이즈를 줄이고 민감도를 극대화하여 영상화에 활용할 수 있는 형광물질을 만들어 냈다.

KIST 연구진은 개발한 형광물질을 알츠하이머병, 대장염, 암 등의 다양한 동물실험에 투여하여 실시간 캐스페이즈-1의 변화 영상을 얻을 수 있었다. 이 기술은 염증 초기에 관여하는 효소를 빠르고 직접적으로 관찰할 수 있으므로 염증성 질환을 조기 진단할 수 있다. 또한, 이 형광물질은 독성이 없고 체내에서 빠르게 분해되어 생체적합성이 높다.

KIST 권익찬 박사는 “이 기술을 활용하면 실시간으로 염증 물질을 모니터링하고, 염증성 질환의 조기 진단과 치료제 개발 및 효능을 평가하는데 활용할 수 있을 것으로 기대한다.”라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원 KIST 주요사업과 한국연구재단 바이오의료기술개발사업 및 분당서울대학교병원의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 생체재료 분야의 국제학술지 ‘Biomaterials’ (IF:10.273, JCR 분야 상위 1.56%) 최신호에 게재됐다.

* (논문명) Non-invasive in vivo imaging of caspase-1 activation enables rapid and spatiotemporal detection of acute and chronic inflammatory disorders

– (제 1저자) 한국과학기술연구원 고영지 박사 과정

– (제 1저자) 서울대학교 의과대학 이재원 박사 과정

– (제 1저자) 서울대학교 의과대학 양은정 박사

– (교신저자) 한국과학기술연구원 권익찬 책임연구원

– (교신저자) 서울대학교 의과대학 조남혁 교수

– (교신저자) 서울대학교 의과대학 김혜선 교수