고요산혈증은 혈액 속의 요산 농도가 비정상으로 높은 상태를 말합니다. 이는 신장병, 심순환계 질병, 통풍 등의 질병으로 이어질 수 있습니다. 특히 통풍은 미국에 800만 명 이상의 환자가 있으며 국내에도 30만 명이 격는 것으로 알려졌는데요. 때문에 요산을 분해하는 요산분해효소가 통풍치료제로 미국 식약청의 승인을 받아 사용되고 있습니다.
그러나 요산분해효소가 요산을 분해하는 과정에서 활성 산소중 하나인 과산화수소를 발생시키는데요. 과도한 과산화수소는 독성을 지녀 유전자 변형을 일으키는 등 여러 부작용을 일으킬 수 있습니다. 뿐만 아니라 요산 분해를 느리게 할 수 있으며 또한 항산화능력이 부족한 환자에게 청색증 같은 질병을 일으킬 수 있습니다. 따라서 요산분해효소의 부작용을 줄이고 요산분해효소의 효능을 향상시키기 위해서는 부산물인 과산화수소를 제거하는 방안이 필요하죠.
이런 가운데 광주과학기술원 권인찬 교수와 광주과학기술원 태기융 교수 공동 연구팀이 이를 해결할 수 있는 기술을 개발했습니다. <Journal of controlled release>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 통풍치료제로 사용되는 단백질의 부작용은 줄이고 효과는 높일 수 있도록 단백질과 금 나노입자를 동시에 체내로 전달할 수 있는 나노전달체 기술을 개발했다고 합니다.
효소와 금을 이용하다
항산화 효소는 과산화수소를 무해한 물과 산소로 제거할 수 있습니다. 금 나노입자는 카탈라아제처럼 과산화수소 제거제로서 주목받고 있죠. 연구팀은 항산화 효소와 금 나노입자가 요산분해효소의 부산물인 과산화수소도 제거할 수 있다는 점을 발견했습니다. 하지만 효소와 금 나노입자를 단순히 혼합해 주입하면 혈액에서 희석되면서 원래 의도한 효과를 얻기 어렵다는 문제가 있었죠.
이에 연구팀은 효소와 금 나노입자를 원하는 혼합배율로 동시에 전달할 수 있는 고분자 나노전달체를 이용해 실제 통풍 질환 동물모델에서 효소의 부산물인 과산화수소를 제거할 수 있음을 입증했습니다. 온도 조절로 크기를 변화시킬 수 있는 고분자 나노전달체에 효소와 금 나노입자를 원하는 비율로 포집하고 체내로 전달함으로써 효소와 금 나노입자가 혈액에서 희석되지 않도록 한 것이죠. 연구팀은 이를 통해 과산화수소 농도를 감소시키는 한편 이로 인한 요산 분해 효과를 오래 유지할 수 있도록 했습니다.
연구팀은 혈중 요산 농도가 높은 생쥐에서 고분자 나노전달체에 요산분해효소와 금 나노입자를 동시에 포집하여 주입해 시간에 따른 요산농도 변화를 측정했습니다. 그 결과 요산분해효소가 금 나노입자와 같이 포집된 조성물은 요산분해효소 단독 사용에 비해 세포 활성이 2.4배 증대했습니다. 이는 과산화수소로 인한 세포 독성이 크게 감소했음을 의미하죠.
고요산혈증을 유도한 쥐에서 요산분해효소와 금 나노입자가 포집된 약물을 주입한 경우 요산을 정상 수치로 유지시켜 요산분해효소 단독사용에 비해 우월한 효과를 보였다고 합니다. 또한 요산분해 단독사용할 경우 나타나는 과산화수소로 인한 신장 손상이 확인되지 않았다고 합니다.
이번 연구로 개발된 요산분해효소-금 나노입자를 포함한 고분자 나노 전달체 조성물은 통풍치료를 위해 사용될 가능성이 높습니다. 연구팀은 고분자 나노 전달체 조성물이 치료제로 사용하기 위해서는 고분자 나노 전달체와 금 나노입자의 체내에서의 안전성에 대한 더 많은 연구가 필요하다고 밝혔습니다.
권인찬 교수는 "부작용을 걱정하지 않으면서 더욱 우수한 약효를 갖는 조성물을 통해 통풍 치료를 위한 더 많은 활용이 기대된다"고 의의를 밝혔습니다. 권 교수는 또 "이번 연구는 실험실 수준에서 동물모델을 사용해 요산분해효소와 금나노입자를 같이 사용함으로써 요산분해효소의 활성을 증가시키고 부작용을 줄일 수 있다는 점을 보여준 것이다. 이를 실제로 치료제로 개발하기 위해서 노력해 보고자 한다. 또한 통풍뿐만 아니라 다양한 질병에 나노입자나 나노 전달체를 이용하는 연구를 진행하고자 한다"며 앞으로의 계획도 밝혔습니다.
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