부처연구성과
류머티즘성 관절염 완치 가능성 열었다
- 등록일2023-10-30
- 조회수1345
- 분류 생명 > 생명과학, 생명 > 생물공학, 플랫폼바이오 > 바이오기반기술
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성과명
류머티즘성 관절염 완치 가능성 열었다
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저널명
Nature Nanotechnology
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IF
38.3 (2022년 기준)
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연구자명
현택환,김병수,정영미,구사강,손희수,김태희
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연구기관
기초과학연구원, 서울대학교, 서울대학교 병원, 한국과학기술연구원
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사업명
바이오·의료기술개발사업, 범부처재생의료기술개발사업, 기초과학연구원 지원사업
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지원기관
과학기술정보통신부, 보건복지부, 한국연구재단, 기초과학연구원
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보도자료발간일
2023-10-27
- 원문링크
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키워드
#류머티즘성 #관절염 #줄기세포 #나노입자
- 첨부파일
231026_[IBS 보도자료]_류머티즘성 관절염 완치 가능성 열었다(...
핵심내용
류머티즘성 관절염 완치 가능성 열었다
- IBS 나노입자 연구단, 나노입자와 줄기세포 유래 ‘베지클’ 결합 -
- 류머티즘성 관절염 발병 여러 원인 동시에 해결하는 복합 치료 제시 -
류머티즘성 관절염을 유발하는 여러 원인을 동시에 해결할 수 있는 새로운 치료 후보물질이 개발됐다. 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 석좌교수) 연구팀은 김병수 서울대 화학생물공학부 교수, 정영미 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 연구팀과 공동으로 나노입자와 차세대 줄기세포 기술인 ‘나노 베지클’을 결합한 새로운 치료 후보물질을 개발하고, 동물실험을 통해 류머티즘성 관절염 치료 효과를 확인했다.
자가면역질환인 류머티즘성 관절염은 염증, 염증성 사이토카인 분비, 비정상적 면역 반응 등 다양한 인자들이 연관되어 발병한다. 이 중 일부 인자만 표적하여 치료할 경우 일시적으로는 증상이 완화되나, 해결되지 않은 다른 인자에 의해 결국 증상이 다시 악화된다. 모든 발병 인자를 동시에 해결하는 복합 치료제 구현이 필요한 상황이다. 지금까지 개발된 치료제들은 단기적으로 증상 완화 효과를 보일 뿐, 류머티즘성 관절염을 완치하지는 못했다. 또, 질병의 진행을 억제하기 위해 치료제를 장기 투여하는 과정에서 수반되는 부작용도 문제였다.
연구진은 다인자를 동시에 해결하고, 비정상적 면역 체계를 회복시켜 스스로 질병을 치료할 수 있게 돕는 새로운 치료 후보물질을 제시했다. 연구진은 활성산소 제거 기능이 있는 세리아(산화세륨, CeO2) 나노입자와 줄기세포 유래 베지클을 결합한 세리아-줄기세포 나노 하이브리드 시스템을 개발했다.
세리아 나노입자는 활성산소를 제거하고 염증을 완화해 선천면역을 정상화한다. 동시에 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell)에서 추출한 베지클은 조절 T세포의 발현을 촉진하여 관절을 보호하고 후천면역을 조절하는 기능을 수행한다. 조절 T세포는 면역계가 정상세포까지 공격하는 자가면역 회복에 중추적인 역할을 수행하는 면역세포다.
제1저자인 구사강 연구원은 “재료의 조합을 통해 다양한 기능을 부여할 수 있는 나노기술의 특징을 활용하여 나노 하이브리드 시스템을 설계했다”며 “즉각적 항염 효과를 보이는 세리아 나노입자에 조절 T세포를 통해 면역 관용을 회복시키는 베지클을 결합한 덕분에 치료에 시너지 효과를 낼 수 있었다”고 설명했다.
이후 연구진은 동물실험에서 나노 하이브리드 시스템의 류머티즘성 관절염 치료 효과를 확인했다. 연구진은 관절염을 유발시킨 실험 쥐의 관절에 나노 하이브리드 치료제를 주사한 결과 발 두께, 온도, 행동 등 증상이 완화되고 관절이 회복됨을 확인할 수 있었다.
세리아 나노입자와 베지클의 시너지 효과도 확인했다. 하이브리드 치료제를 투여한 경우 50일 경과 시점에서 세리아나 베지클 단일 투여 대비 치료 효과가 월등히 좋았다. 또한, 추가 실험을 통해 질병이 완전히 유발되지 않은 초기 단계에하이브리드 치료제를 투여할 시 뛰어난 류머티즘성 관절염 예방 효과를 있음을 확인했다.연구를 이끈 현택환 단장은 “여러 발병 요인이 번갈아 문제를 일으키는 악순환을 끊고, 증상 완화와 면역 체계 회복을 동시에 노리는 근본적인 류머티즘성 관절염 치료가 가능해질 것”이라며 “향후 다양한 난치성 질환을 치료할 수 있는 맞춤형 복합 하이브리드 시스템 개발로 이어지길 기대한다”고 말했다.
연구결과는 10월 27일(한국시간) 나노기술 분야 권위지인 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF 38.3)’ 온라인판에 실렸다.
1) 세리아 나노입자: 세륨 산화물로 이뤄진 나노입자로 우수한 활성산소 제거 능력이 있어 염증성 질환 치료제로의 활용 가능성을 주목받고 있다. 주로 급성 염증 질환 치료에 활용되었지만, 이번 연구에서는 만성 염증 질환인 류머티즘성 관절염 치료까지 활용 범위를 넓혔다.
2) 베지클: 세포를 가공해서 만든 나노미터 크기의 물질로 세포 재생 및 대사, 진단 등 분야에서 활발하게 연구되고 있는 차세대 기술이다.
상세내용
연구 추가 설명
논문명/저널명 | Ceria-vesicle nanohybrid therapeutic for modulation of innate and adaptive immunity in a collagen-induced arthritis model |
저자정보
| Sagang Koo, Hee Su Sohn, Tae Hee Kim, Siyeon Yang, Se Youn Jang, Seongryeol Ye, Boomin Choi, Soo Hyeon Kim, Kyoung Sun Park, Hyun Mu Shin, Ok Kyu Park, Cheesue Kim, Mikyung Kang, Min Soh, Jin Yoo, Dokyoon Kim, Nohyun Lee, Byung-Soo Kim, Youngmee Jung, and Taeghwan Hyeon |
연구 이야기 | [연구 배경] 대표적인 자가면역질환으로 꼽히는 류머티즘성 관절염은 다발성 관절염을 특징으로 하는 구체적 원인 불명의 만성 염증성 질환이다. 지금까지 알려진 바로는 염증, 사이토카인, 비정상적 면역 반응 등 다양한 인자들이 상호 연관되어 류머티즘성 관절염 발병 및 심화에 작용한다고 알려졌다. 특히, 외부로부터 인체를 지키는 면역계의 이상으로 자신 스스로를 공격하는 ‘자가면역’ 현상도 크게 주요한 영향을 미친다. 따라서 류머티즘성 관절염의 대표적인 타겟으로 조절T세포가 꼽힌다. 조절T세포는 면역 관용 회복에 있어 중추적인 역할을 하는 면역세포다. 하지만 현재까지 개발된 어떠한 약제도 류머티즘성 관절염을 완치시키지는 못한다. 많이 사용되는 약제로는 비스테로이드성 항염제와 스테로이드, 항류머티즘약제와 TNF 차단제 등이 있다. 비스테로이드성 항염제와 스테로이드는 염증을 완화하여 질병의 증상을 완화시킬 수 있지만 진행을 억제하지는 못한다는 한계가 있었다. [연구 방법] 우리 연구진은 재료에 다양한 기능을 부여할 수 있는 나노기술의 특징을 활용하여 세리아의 강력한 항산화, 항염증 효과에 면역 조절 기능을 더해 조절T세포를 유도하고, 면역 시스템을 회복하기 위한 나노 하이브리드 시스템을 설계했다. 면역 조절 및 관절 회복 연관 물질을 함유한 중간엽 줄기세포 유래 베지클을 세리아 나노입자와 화학적으로 결합시켜 세리아-줄기세포 유래 베지클 나노 하이브리드 시스템을 개발했다. 면역 관용 회복에 있어 중추적인 역할을 하는 대식세포와 수지상세포의 표현형 변화를 유도, 궁극적으로 조절T세포의 발현을 유도하였다. 본 나노 하이브리드 시스템에서는 세리아 나노입자가 활성 산소를 제거하고 염증을 완화시키며 대식세포의 표현형 변화를 유도하여 선천 면역을 조절, 줄기세포 유래 베지클 내부에 함유된 면역 조절 물질들이 관절 보호 및 후천 면역을 조절하는 기능을 수행한다(그림 1). |
연구 이야기 | 두 물질은 각각, 그리고 또 같이 작용하여 시너지 효과를 창출한다. 세리아의 즉각적이고 강력한 항염작용이 ‘면역 관용’ 친화적인 환경을 조성하고, 이를 바탕으로 베지클이 면역회복에 핵심적인 ‘조절T세포’를 유도하여 세리아 혹은 베지클 단일 투여 대비 면역 조절 및 치료에 있어 시너지를 보였다. [연구 결과] 우리 연구진은 인간의 류머티즘성 관절염과 가장 큰 유사성을 지닌 콜라겐 유도성 관절염 모델을 쥐에 유도하여 증상 완화 및 면역회복 효과를 확인하였다(그림 2). 그 결과 세리아 나노입자 혹은 줄기 세포 유래 베지클 단일 투여군에 비해 나노 하이브리드 투여군에서 뛰어난 증상 완화(발두께, 온도, 행동 등) 및 관절 회복 효과를 확인할 수 있었다. 또한 다양한 분석을 통해 면역 조절 티 세포 유도와 헬퍼 티 세포 완화를 통한 면역 관용 회복을 확인하였으며 세리아와 줄기세포 유래 베지클이 함께 작용할 시 시너지 효과를 보임을 확인하였다. 더불어 추가적인 실험을 통해 질병이 완전히 유발되지 않은 초기 단계에 세리아-줄기세포 유래 베지클을 투여 시 상당한 예방 효과를 가짐을 확인하였다. [연구 의미] 세리아 나노입자는 세륨 금속 산화물로 이루어진 무기 나노입자로, 우수한 활성산소 제거능력을 가져 염증성 질환 치료제로의 활용 가능성을 주목받고 있다. 현재까지는 세리아 나노입자의 즉각적이고 강력한 염증 완화 효능을 바탕으로 주로 급성 염증 질환 치료에 활용되어왔다. 본 연구에서는 만성 염증 질환이자 대표적인 자가 면역 질환인 류머티즘성 관절염의 치료에 세리아를 활용하여 그 활용 범위를 넓혔다. [향후 계획] 본 연구를 통해 나노 하이브리드를 활용한 복합 치료의 우수성을 확인하였으며 이를 발전시켜 세리아 나노입자를 타 기능을 수행하는 나노입자로, 중간엽 줄기세포 유래 베지클을 타 세포 유래 베지클로 변경하여 각 질병에 맞는 맞춤형 나노 하이브리드 시스템을 구현하기 위한 추가 연구를 진행할 예정이다. 더불어서 류머티즘성 관절염 외의 다양한 자가면역질환에서 선천, 후천 면역 조절을 통한 장기적인 치료 방식에 대한 연구를 계속해나갈 계획이다. |
그림 설명
[그림 1] 류머티즘성 관절염 치료를 위한 나노 하이브리드 치료 시스템
기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 연구진은 류머티즘성 관절염의 원인이 되는 다인자를 동시에 해결하는 복합 치료 시스템을 구현했다. 여러 인자가 번갈아 문제를 유발하는 악순환을 깨고 체내 면역 체계를 회복하여 스스로 회복할 수 있도록 돕는 세리아 나노입자-줄기세포 유래 나노 베지클 복합체를 개발했다.
[그림 2] 류머티즘성 관절염 동물 모델에서의 치료 효과 확인
연구진은 류머티즘성 관절염을 유도한 쥐에 나노 하이브리드 치료제를 주입한 뒤 류머티즘성 관절염 주요 증상의 완화 효과를 살폈다(a). 복합 치료제는 세리아 나노입자, 베지클만을 투여한 대조군에 비해 관절이 잘 회복되었고(b), 면역 조절의 중추 역할을 하는 조절 T세포와 헬퍼 T세포의 균형이 잘 조절되어 면역 체계가 회복되었음을 확인할 수 있었다(c).
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