바이오인

핵심내용

-KAIST 최철희 교수팀, 신경약물전달 신기술 세계 최초 개발

 □ 뇌혈관은 혈뇌장벽이라는 특수한 구조로 이루어져 있는데, 레이저로 혈뇌장벽의 투과성을 조절하여 투여된 약물을 뇌로 안전하게 전달하는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 

□ 이번 연구는 교육과학기술부의 ‘21세기 프론티어 뇌기능활용 및 뇌질환 치료기술개발사업단’(단장 김경진)의 지원을 받아 한국과학기술원(KAIST)의 최철희 (바이오 및 뇌공학과·43) 교수팀 주도로 수행되었다.

□ 혈뇌장벽은 대사와 관련된 물질은 통과시키고 그 밖의 물질은 통과시키지 않는 기능을 함으로써 약물이 뇌로 전달되는 것이 어려웠다.

 ○ 이런 기능 때문에 우수한 효능을 가진 약물조차 대부분 차단되어 실제로 환자에게 적용할 수 없는 경우가 많아, 약물의 효능을 최대한 유지하면서 혈뇌장벽을 어떻게 통과시키느냐가 이 분야 연구의 핵심과제였다.

 ○ 원활한 약물 전달을 위해 약물의 구조를 변경하거나 머리에 작은 구멍을 내고 약물을 주사하는 방법도 시도되었지만 고비용과 위험성으로 널리 응용되지 못하고 있었다.

□ 최 교수팀은 기존 기술의 한계를 극복하기 위해 극초단파 레이저빔을 1000분의 1초 동안 뇌혈관벽에 쬐어주는 방법으로 혈뇌장벽의 기능을 일시적으로 차단함으로써 약물을 원하는 부위에 안전하게 도달할 수 있게 하는 신개념 약물전달기술을 개발했다.

 ○ 레이저 빔을 약물이 들어있는 혈관에 쬐이면 혈뇌장벽이 일시적으로 자극을 받아 수도관이 새는 것 같은 현상을 일으켜 약물이 혈관 밖으로 흘러나와 뇌신경계 등으로 전달된다. 정지된 기능은 몇 분 뒤 다시 제 기능을 되찾는다. 

□ 최 교수는 “이번 연구는 새로운 신경약물전달의 원천기술을 확립하였다는 점과, 레이저를 이용한 안정적인 생체 기능 조절 기반기술을 구축하였다는 점에서 커다란 의미가 있다”며, “앞으로 이 기술을 세포 수준으로 영역을 확대하는 한편 후속 임상 연구를 통해 실용화할 계획”이라고 밝혔다.

 ○ 연구 결과는 신경약물전달 원천기술로서 특허 출원 중이며 세계적 저명 학술지인 미국 국립과학원 회보(2011.05.16자)에 게재됐다.

상세내용

붙임 1 : 그림설명

  레이저를 이용하여 뇌혈관의 기능을 조절함으로써 원하는 뇌 부위에 안정적으로 약물을 전달할 수 있는 원천기술

붙임 2 : 용어설명

1. 혈뇌장벽 (Blood-brain barrier)

혈뇌장벽은 중추신경계 혈관 내피세포(endothelial cell)들이 밀착결합(tight junction)에 의하여 치밀하게 연결되어 구성하는 특수 구조로서 중추신경계 내로의 물질이동을 제한한다. 신진대사를 위한 물질들은 혈뇌장벽을 통과할 수 있지만 세균, 화학물질 같은 유해 가능성이 있는 물질들은 차단되므로 중추신경계가 보호된다. 상당히 많은 수의 생리활성을 가진 약물들, 특히 수용성약품, 단백질의약품, 핵산/유전자 등은 생체막(세포막, BBB-혈뇌장벽, 등)을 잘 통과할 수 없기 때문에 치료제로서 개발되지 못하고 있다. 이러한 약물전달문제는 특히 중추신경계(뇌) 질환치료나 유전자치료 등에서는 심각한 문제로 대두되고 있다.

2. 약물전달시스템 (drug delivery system)

특수한 기술을 이용하여 약물을 작용부위에만 선택적으로 작용할 수 있도록 제어하는 기술로 약물의 부작용을 줄이고 효능 및 효과를 극대화시킴으로써 필요한 양의 약물을 효율적으로 전달할 수 있도록 설계한 투여 시스템을 일컫는다.

3. 극초단파 펨토초 레이저 (Ultrashort femtosecond LASER)

모드로킹 기술을 이용하여 생성한 수 펨토 초(1 펨토 초는 10-15 초)의 펄스폭을 가지는 극초단파 간헐형 레이저로 다양한 분야의 과학 및 기술 분야에서 응용된다. 극초단파 레이저를 이용하여 물질을 구성하고 있는 원자나 분자들이 어떻게 생성되고 반응하는지 연구할 수 있고 눈에 보이는 빛보다 파장이 수십 배 짧은 엑스선 레이저도 만들 수 있다. 이러한 짧은 파장 레이저들을 통해 기존의 엑스선 촬영기를 대체하는 새로운 의료용 영상기기들을 개발할 수도 있다.

4. <미국 국립과학원 회보> (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 5-Year Impact Factor=10.312)

  <미국 국립과학원 회보>지는 미국립과학원 (National Academy of Sciences, USA)에서 1914년 창간되어, 생물학, 물리학, 사회학과 같은 다학제 과학 분야의 연구 논문을 게재하고 있다. 2011년 인용지수는 아직 알려지지 않았으며, 2010년 인용지수는 9.432, 최근 5년 인용지수는 10.312으로 세계 최고 수준 권위지이다.