루게릭병 원인 그래핀 나노소재로 막는다
루게릭병 원인 그래핀 나노소재로 막는다
국내 연구진이 난치성 신경퇴행성 질환 ‘루게릭병(Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS)’의 원인인 TDP-43(Transactive response DNA-binding protein-43) 단백질 응집을 효과적으로 억제할 수 있는 새로운 나노소재를 개발했다.
이영호 한국기초과학지원연구원(KBSI) 첨단바이오의약연구부 책임연구원 연구진은 홍영빈 동아대 의과대학 교수, 남민엽 한국뇌연구원 선임연구원, 홍병희 서울대 화학부 교수 연구진 등과의 공동 연구를 통해 그래핀 양자점(graphene quantum dots, GQDs)이 TDP-43 단백질의 비정상적인 응집을 효과적으로 차단하고, 신경세포를 보호한다는 것을 입증했다고 20일 밝혔다.
루게릭병은 운동 신경세포가 퇴행해 근육 마비와 호흡 부전을 일으키는 치명적인 질환이다.
대부분의 루게릭병 환자에서 TDP-43 단백질의 세포질 내 응집이 관찰된다.
이는 신경세포 기능 장애와 사멸을 초래하는 주요 원인으로 알려져 있다.
하지만 기존 치료제들은 대부분 신경 보호나 항염증 효과에 중점을 두고 있으며, 단백질 응집을 직접적으로 제어하는 치료법은 거의 없다.
연구진은 TDP-43의 단백질 응집을 효과적으로 조절하기 위해 수㎚(나노미터, 10억분의 1m) 크기의 탄소 기반 나노소재인 ‘그래핀 양자점’에 주목했다.
그래핀 양자점은 생체적합성이 높고, 혈뇌장벽을 통과할 수 있다.
실험을 통해 그래핀 양자점이 TDP-43 단백질과 직접 상호작용하며 단백질 응집을 효과적으로 차단하고, 신경세포에서 TDP-43 단백질과 관련된 독성을 줄이며 세포 생존율을 높였다.
또 루게릭병을 유발하는 다른 원인 단백질인 FUS, C9orf72의 돌연변이 모델에서도 그래핀 양자점이 신경세포를 보호하는 것을 확인했다.
그래핀 양자점이 루게릭병 외의 신경퇴행성 질환에서 공통으로 관찰되는 단백질 응집을 억제할 수 있다는 의미다.
대부분의 루게릭병 환자에서 TDP-43 단백질의 세포질 내 응집이 관찰된다.
이는 신경세포 기능 장애와 사멸을 초래하는 주요 원인으로 알려져 있다.
하지만 기존 치료제들은 대부분 신경 보호나 항염증 효과에 중점을 두고 있으며, 단백질 응집을 직접적으로 제어하는 치료법은 거의 없다.
연구진은 TDP-43의 단백질 응집을 효과적으로 조절하기 위해 수㎚(나노미터, 10억분의 1m) 크기의 탄소 기반 나노소재인 ‘그래핀 양자점’에 주목했다.
홍영빈 교수는 “루게릭병의 다양한 세포와 동물모델에서 그래핀 양자점의 치료 효과를 검증한 만큼, 향후 루게릭병 환자 대다수에게 적용될 가능성이 높다”며 “앞으로 전임상시험과 임상시험을 통해 안전성과 유효성 검증을 거쳐야 하므로 치료법이 상용화되기까지는 시일이 걸릴 것으로 예상한다”고 밝혔다.
이영호 책임연구원은 “앞으로 세포와 동물모델, 컴퓨터 시뮬레이션 기반 연구를 진행해 그래핀 양자점처럼 퇴행성 질환의 극복에 도움이 되는 물질을 발굴하고 개발할 것”이라고 전했다.
연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지인 ‘미 화학회 나노(ACS Nano)’에 지난 4일 게재됐으며, 표지 논문으로도 선정됐다.
