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  • 기사등록 2019-12-03 11:59:10
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[기계신문] 염증성 질환은 가장 광범위한 질환으로 전 세계적으로 사망률 1위인 암, 퇴행성 질환인 알츠하이머병, 세균 감염으로 인한 패혈증까지 관련이 없어 보이는 이러한 다양한 질병의 원인은 모두 염증 반응의 조절이 제대로 이뤄지지 않아 생기는 질병이다. 따라서 염증 기전에 대한 심층 연구는 다양한 질환을 진단 및 치료하는데 궁극적인 도움을 줄 수 있다.


현재 사용되는 위상차 영상 정보로 진단하는 것은 염증성 질환을 조기에 진단하는 데 한계가 있으며, 생체 내 염증 관련 정보를 정확하게 검출하는 것이 성공적인 조기 진단 및 치료를 위해 필수적이다. 따라서 체내 염증 반응의 정보를 실시간으로 빠르게 검출 할 수 있는 새로운 영상화기술 개발의 필요성이 대두되고 있다.


한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단 권익찬 박사팀이 서울대 의과대학 조남혁, 김혜선 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 암, 치매, 패혈증 등 만병의 원인인 염증을 영상으로 관찰하고 추적할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 체내 염증 효소의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있어 다양한 염증성 질병의 조기진단이 가능하다.


염증성 질환을 조기에 빠르고 정확하게 검출할 수 있는 안전한 표적 기술 개발을 위해 연구팀은 펩타이드와 형광체 및 소광체를 이용하여 캐스페이즈-1 효소를 검출할 수 있는 펩타이드 기반 형광체를 개발하고, 이를 알츠하이머병, 대장염, 암 동물모델에 주입하여 염증성 효소 캐스페이즈-1의 변화를 검출할 수 있는 효소 표적 형광 영상화 기술을 개발했다.



▲ 간편하고 민감도 높은 캐스페이즈-1 효소 검출을 위한 캐스페이즈-1 효소 표적 형광체의 모식도. 캐스페이즈-1 효소에 반응하여 형광을 낼 수 있는 기술로 체내에서 실시간 형광 영상



먼저 캐스페이즈-1을 검출할 수 있는 형광체를 만들기 위해, 캐스페이즈-1에 의해 절단되는 펩타이드 기질(peptide substrate)에 형광체(Cy5.5)와 소광체(BHQ-3)를 결합하였다. 이는 형광신호의 노이즈(noise)를 줄이고 캐스페이즈-1에 의한 형광 검출 민감도(sensitivity)를 극대화할 수 있는 방법이며, 소수성 성질을 가지고 있어 빠른 시간 내 세포 내로 들어갈 수 있는 특성을 가진다.


더불어 생체 외 조건에서 연구팀이 개발한 효소 표적 형광체는 세포 독성이 없고 빠른 시간 내에 배출이 되는 것을 관찰함으로써 높은 생체적합성을 지님을 확인하였다.


연구팀 알츠하이머병, 대장염, 암과 같은 다양한 염증성 질환 동물모델에 효소 표적 형광체를 정맥 주사한 후 각각 근적외선 형광 영상을 바탕으로 체내 영상을 분석한 결과, 각각의 질환의 병증이 보이거나 심해지기 전 조기에 염증 질환을 진단하는 것이 가능함을 실시간 영상화 기법을 통해 확인하였다.



▲ 캐스페이즈-1 효소 표적 형광 영상 기술을 이용해 다양한 염증성 질환 모델에서 조기 진단 영상화. 각기 병변이 나타나기 전 캐스페이즈-1 효소 검출에 따른 조기 진단이 가능함을 확인할 수 있었다.



알츠하이머병의 동물 모델의 경우 쥐의 기억이 손상되는 시점인 5개월경 이전인 3~4개월부터, 대장염의 경우 심각한 장 손상으로 인해 체중 감소, 혈변 등 병증을 보이는 6일차 이전인 2~3일차에 진단하는 것이 가능하였다.


또한, 주입 후 3일간 장기 분석을 한 결과 빠른 시간 내 신장으로 제거 되는 것을 볼 수 있었으며, 혈액 독성 분석으로 혈액 내 독성을 일으키지 않는 생체 적합성 형광체인 것을 확인하였다.


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


한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원 아래 KIST 주요사업과 한국연구재단 바이오의료기술개발사업 및 분당서울대학교병원 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 생체재료 분야 국제학술지 ‘Biomaterials’ 최신호에 게재되었다.


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권혁재 기자 hjk@mtnews.net

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