바이오인

 헬리코박터균, 빛으로 쏘고 직접 공격해 치료

- 광역학치료를 위한 멀티리간드 구조의 광감각제 개발

◈본문

□ 항생제 내성에서 자유로운 헬리코박터균 치료법이 개발됐다. 위(胃) 정상 조직에 부작용 없이 표적 치료가 가능할 것으로 기대된다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 가톨릭대학교 바이오메디컬화학공학과 나건 교수 연구팀이 서울아산병원 안지용 교수와 공동연구를 통해 위 내의 점액층에 체류하면서 헬리코박터균을 표적하는 멀티리간드* 구조의 광감각제** 접합체를 개발했다고 밝혔다.

   * 리간드(ligand) : 배위결합하고 있는 화합물의 중심금속 이온의 주위에 결합하고 있는 분자나 이온. 배위결합은 두 원자가 공유결합할 때 전자가 형식적으로 한쪽 원자에서만 제공된 경우다.

   ** 광감각제 : 자신이 흡수한 레이저 빛으로 주변 산소를 활성산소로 바꾸는 물질. 활성산소의 강력한 산화력으로 세균을 공격해 죽일 수 있다.

□ 헬리코박터균은 위암 및 위 내 염증성 질환의 주요 원인으로 알려져 있다. 국가암정보센터에 따르면, 최근 우리나라의 감염률은 40~50%로 나타난다.

○ 보균자의 대부분은 평생 아무런 증상 없이 살아가지만 소화성 궤양, 조기위암, 위의 림프종이 있는 경우에는 항생제 치료를 하게 된다.

○ 이 같은 치료에서 항생제에 내성을 보이는 헬리코박터균이 증가하면서 표준삼제요법*에 의한 제균율이 81.8%로 과거에 비해 점차 감소하는 상황이다. 특히 항생제 내성 여부에 따라 제균 치료 성적은 크게 달라진다.

      * 표준삼제요법 : 헤리코박터균 제균요법의 표준으로 제시되는 약제의 투약 회수와 용량을 의미한다.

□ 연구팀은 기존 항생제와 다른 작용 메커니즘으로 헬리코박터균을 직접 표적할 수 있는 광역학치료법을 적용했다.

○ 광역학치료는 내시경을 통해 특정 파장의 빛을 위 상피세포에 있는 헬리코박터균에 직접 조사하는 방식이다.

○ 이를 위해 연구팀이 개발한 광감각제는 헬리코박터균 외막의 특정 단백질을 인식하는 생체 내 수용체를 이용, 표적 치료가 가능한 양이온성 고분자 기반 멀티리간드 구조로 구성되어 있다.

○ 기존 항생제에 의한 제균 치료와 달리 광감각제가 활성산소를 생성해 헬리코박터균의 외막 구조를 붕괴, 사멸효과를 유도한다. 또한 광역학치료는 내성이 유발되지 않는다는 장점이 있다.

□ 광감각제가 접합된 양이온성 고분자는 음이온성 위 점액층과 정전기적 인력으로 부착되어 위 내 체류시간을 늘릴 수 있다.

○ 위 점액층에 부착 가능한 광감각제를 실제 생쥐 모델에서 실험한 결과, 위 내에서 장시간 체류하는 것을 확인했으며, 헬리코박터균 감염 동물모델에서 대조군 대비 평균 98.7%의 제균 효과를 보였다.

○ 나건 교수는 “광역학치료제는 항생제에 내성을 가지는 헬리코박터균을 효과적으로 제균할 수 있는 기술로써, 의약품의 내성으로 인해 치료에 어려움을 겪는 다양한 질병의 치료방법으로 적용할 수 있는 잠재력이 있다”고 설명했다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials)’에 2024년 3월 25일 온라인 게재되었다.

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<작성 : 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 나건 교수>

(그림1) 헬리코박터균과 상호작용이 가능한 위 점액층에 부착 가능한 멀티리간드 구조의 광감각제를 이용한 헬리코박터균 표적 치료 전략의 개략도

헬리코박터균 외막 단백질과 부착할 수 있는 표적 물질과 음이온성 점액층과 부착할 수 있는 고분자를 이용하여 헬리코박터균을 표적 할 수 있음. 위 점액층 부착 가능 멀티리간드 구조의 광감각제는 위 내의 점액층과 정전기적 인력으로 상호작용함. 점액층 및 위 상피세포층에 체류하면서 헬리코박터균에 부착할 기회를 늘려 헬리코박터 외막 단백질에 효과적으로 부착될 수 있음. 그 후 특정 파장대의 레이저를 조사하여 광역학치료를 통해 제균 효과를 유도함.

그림설명 및 그림제공 : 가톨릭대학교 나건 교수

(그림2) 주사전자현미경(SEM) 이미지를 통한 위 점액층 부착 가능한 광감각제의 헬리코박터균 광역학 제균 효과 확인          

주사전자현미경 이미지를 통해 광역학 제균 효과를 확인하였음. 대조군, 레이저만 조사한 그룹, 위 점액층 부착가능한 광감각제를 처리 후 레이저 조사 유무에 따른 그룹으로 실험을 진행하였음. 또한, 항생제 내성을 갖은 헬리코박터균을 사용하였음. 레이저 자체, 위 점액층 부착 가능한 광감각제에 의해서는 헬리코박터균을 사멸시킬 수 없었으며, 레이저 조사에 의해 헬리코박터균의 외막 붕괴를 유도하여 사멸시킬 수 있음. 항생제 내성을 갖은 헬리코박터균도 동일한 효과가 나타난 것을 보아 광역학치료는 항생제 내성 유무에 상관없이 적용할 수 있는 방법으로 확인됨.

그림설명 및 그림제공: 가톨릭대학교 나건 교수

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