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약물 전달 막는 혈뇌장벽, '1조분의 1'초 레이저 펄스에 열린다

송고시간2021-11-15 16:22

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혈뇌장벽(blood-brain barrier)은 혈액을 통해 운반될 수 있는 병원체나 위험 물질로부터 뇌와 중추신경계를 분리, 보호하는 역할을 한다.

이런 어려움에 봉착한 의사와 환자에게 희소식이 될 만한 연구 결과가 나왔다.

15일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 이 기발한 약물 전달 기술에서 핵심 역할을 하는 건 자체 개발한 광(光) 흡수성 금 나노입자다.

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혈관 주입 금 나노입자로 기계력 생성→혈관 밀착연접 일시 개방

미 텍사스대 연구진 '나노 레터스'에 논문…"뇌종양 치료 등 쓰일 수도"

혈뇌장벽
혈뇌장벽

뇌의 혈뇌장벽을 구성하는 모세혈관 내피세포(적색)와 주변세포(녹색).
혈뇌장벽은 뇌혈관과 뇌 조직의 안정성을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 한다.
[막스 플랑크 연구소 B. Sheikh 제공 / 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 혈뇌장벽(blood-brain barrier)은 혈액을 통해 운반될 수 있는 병원체나 위험 물질로부터 뇌와 중추신경계를 분리, 보호하는 역할을 한다.

사실 혈뇌장벽은 비유적 표현이다.

실제로 혈뇌장벽은 뇌의 성상교세포 분비 물질에 의해 형성되는 뇌 모세혈관 내피세포의 밀착연접을 말한다.

고도의 선택적 투과성을 보이는 이 밀착연접은 뇌세포 사이의 용질 이동과 친수성 고분자 물질의 통과를 차단한다.

따라서 약물 등 수용성 분자가 혈뇌장벽을 통과하려면 특별한 채널이나 단백질 운반체가 필요하다.

원래 뇌를 지키는 혈뇌장벽이지만, 뇌 조직에 치료 약 등을 전달할 때는 결정적 장애가 되는 이유가 여기에 있다.

이런 어려움에 봉착한 의사와 환자에게 희소식이 될 만한 연구 결과가 나왔다.

빛과 나노입자로 잠시 혈뇌장벽을 열어 뇌와 중추신경계 조직에 치료 약을 전달하는 기술이 개발된 것이다.

미국 텍사스대 댈러스 캠퍼스(University of Texas at Dallas)의 친젠펑(Zhenpeng Qin) 기계공학 부교수 연구팀이 수행한 이 연구 결과는 최근 미국 화학학회(ACS)가 발행하는 저널 '나노 레터스(Nano Letters)'에 논문으로 실렸다.

15일 미국 과학진흥협회(AAAS) 사이트(www.eurekalert.org)에 공개된 논문 개요 등에 따르면 이 기발한 약물 전달 기술에서 핵심 역할을 하는 건 자체 개발한 광(光) 흡수성 금 나노입자다.

혈뇌장벽을 표적으로 식별하는 이 금 나노입자를 혈관에 주입한 뒤 두개(머리뼈)를 통해 피코초(picosecondㆍ1조분의 1초) 레이저 펄스를 가하면 혈뇌장벽의 투과성이 일시적으로 높아진다고 한다.

이렇게 혈뇌장벽이 일시적으로 풀리면 그 틈으로 약물 등이 뇌 조직으로 흘러 들어간다는 것도 동물 실험에서 확인했다.

레이저 펄스로 금 나노입자를 활성화하면 혈뇌장벽의 밀착연접을 느슨하게 만들 정도의 미세한 기계력(mechanical force)이 생긴다고 연구팀은 설명했다.

혈뇌장벽을 여는 금 나노입자
혈뇌장벽을 여는 금 나노입자

레이저 펄스의 자극을 받은 금 나노입자가 모세혈관의 밀착연접을 느슨하게 만드는 과정.
일시적으로 벌어진 이 틈으로 항체, 유전자 치료 매개체, 지방소체 등이 들어갈 수 있다는 걸 보여준다.
[미국 텍사스대 댈러스 캠퍼스 친젠펑 교수팀의 저널 '나노 레터스' 논문 캡처 / 재판매 및 DB 금지]

그러나 혈뇌장벽의 손상은 거의 일어나지 않았다.

이는 자연스러운 혈관 운동이나 뇌혈관 구조를 심각하게 교란하지 않으면서도 혈뇌장벽의 투과성을 조절할 수 있다는 뜻이다.

연구팀은 유전자 편집 요소를 싣는 데 쓰이는 바이러스 매개체와 항체, 지방소체(liposome) 등을 혈뇌장벽 너머로 운반하는 동물 시험에도 성공했다.

이렇게 혈뇌장벽의 투과성을 높이는 기술은 중추신경계 질환 치료제의 효능을 높이는 데 필수적이라고 과학자들은 강조한다.

논문의 공동 교신저자인 친 교수는 "뇌종양과 루게릭병(근 위축성 축삭 경화증) 치료, 뇌졸중 회복 관리, 유전자 치료 요소 운반 등에 쓰일 수 있다"라면서 "하지만 인간에게 적용하려면 연구과 시험이 더 필요하다"라고 말했다.

친 교수팀은 5년 전부터 텍사스 암 예방 연구소(CPRIT)의 자금 지원을 받아 혈뇌장벽의 투과성 조절 방법을 연구해 왔다.

지난 8월에는 교아종(glioblastoma) 치료에 이 방법을 적용할 수 있는지 확인하는 데 쓸 4번째 연구 자금을 받았다.

교아종은 성인에게 가장 흔히 발생하는 악성 뇌종양으로 꼽힌다.

친 교수팀은 자기장으로 나노입자를 자극해 혈뇌장벽을 교란하는 모델을 개발하는 걸 목표로 삼고 있다.

cheon@yna.co.kr

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