유해한 일산화탄소를 치료용 수화젤로 사용
유해한 일산화탄소를 치료용 수화젤로 사용
  • 함예솔
  • 승인 2018.10.11 12:20
  • 조회수 3118
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유독가스로 알려져 있는 일산화탄소를 치료제로 사용할 수 있는 기술이 개발됐습니다. 광주과학기술원 이은지 교수 연구팀은 일산화탄소 방출양과 속도를 제어할 수 있는 수화젤 패치를 개발했습니다. 수화젤이란 삼차원 망상구조를 갖는 물질로, 다량의 물을 흡수할 수 있는 특성이 있으며 대표적인 생체 재료로 이용되는 물질입니다. 연구팀은 수화젤 패치가 체내 조직 및 장기에 쉽게 부착함으로써 효과적인 세포 보호 및 항염증 효과를 확인했다고 합니다. 

 

일산화탄소 방출 제어 가능한 주사형 및 접착형 수화젤 패치 치료제 제조법. 출처: 한국연구재단
일산화탄소 방출 제어 가능한 주사형 및 접착형 수화젤 패치 치료제 제조법. 출처: 한국연구재단

과량의 일산화탄소는 체내 조직의 산소공급을 차단하고 중추신경계에 영향을 주어 두통, 경련, 구토, 심지어 사망에 이르게 합니다. 반면, 10~500ppm의 적은 농도는 염증 작용을 억제하고 혈관 이완, 세포 손상 및 사멸을 억제하는 보호 기능을 나타냅니다. 일산화탄소는 인체 내에서 헤모글로빈 성분인 헴(heme) 고리가 헴산화효소(heme oxygeneagse)에 의해 분해될 때 유리돼 인간의 생명을 유지하는데 필수적이며, 특정 병리적 상황에서 산화질소 및 황화수소와 긴밀한 상호관련성이 있는 효소체계를 통해 조직의 항상성 유지 및 조직 보호를 위해 체내에서 유리되는 유익한 생리적 물질로 인식되고 있습니다. 

 

이러한 장점을 이용해 일산화탄소를 치료제재로 사용하려는 노력이 있었으나, 원하는 부위에 적절한 농도의 일산화탄소를 처리하는 것이 쉽지 않았습니다. 기존의 기술은 혈장에서 빠르게 일산화탄소를 방출시켜 치료 효과가 현저히 감소되거나 독성 유발의 부작용이 있었습니다. 

 

(a) 일산화탄소 방출 분자가 결합된 펩타이드의 수용액상 자기조립으로 이루어진 나노섬유와 그로 인해 형성된 주사형 수화젤(좌), 제조된 수화젤의 일산화탄소 방출 효과(우). (b) 조직에 부착 가능한 일산화탄소 방출 수화젤 패치. 출처: 한국연구재단
(a) 일산화탄소 방출 분자가 결합된 나노섬유와 주사형 수화젤(좌), 제조된 수화젤의 일산화탄소 방출 효과(우). (b) 조직에 부착 가능한 일산화탄소 방출 수화젤 패치. 출처: 한국연구재단

연구팀은 생체친화성 펩타이드에 일산화탄소 방출 분자를 결합해 나노섬유의 망상구조 형태를 유도했습니다. 이로써 일산화탄소 방출 제어가 가능한 수화젤 주사 및 패치를 성공적으로 제작했습니다. 참고로 펩타이드란, 두 개 이상의 아미노산이 결합해 형성된 화합물을 말합니다. 특히 환부에 접착하는 수화젤 패치에서는 구성 요소인 펩타이드를 개질해 물리적 강도를 향상시키고 환부와의 접착성도 높여줬습니다.

 

이로써 일산화탄소 가스의 전달 및 치료 효과가 향상됐습니다. 또한 분자 프로그래밍을 통해 일산화탄소 방출 양과 속도 조절이 가능했졌습니다. 세포 내 유전자 단백질의 변형을 유도하는 활성 산소의 형성을 억제함으로써 세포 사멸과 염증 반응도 억제했습니다. 

 

이 연구는 향후 패혈증, 겸형적혈구 빈혈증, 고혈압, 암, 뇌졸중과 관련된 다양한 치료에 사용 가능성을 있습니다. 따라서 개발된 패치형 수화젤은 이러한 일산화탄소의 치료효과를 극대화하며 부작용을 최소화할 수 있는 약품 개발 및 사용화에 크게 기여할 것으로 보입니다. 

 

이은지 교수. 출처: 한국연구재단
이은지 교수님 스마일~ 출처: 한국연구재단

이은지 교수는 "이 연구는 일산화탄소의 방출 양과 속도를 제어해 치료제재로 사용할 수 있는 실용적인 수화젤 패치 개발의 첫 사례"라며 "특정 조직이나 장기에 효과적으로 적용하는 가스 치료제 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다"라고 전했습니다. 이 연구는 재료 과학 분야 국제학술지 <어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈>에 게재됐고, 표지 논문으로 선정됐습니다.


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