고려대학교 구로병원(병원장 민병욱) 심장혈관흉부외과 김현구 교수 공동연구팀(KAIST 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수, 고려대학교 구로병원 김창근 박사과정, KAIST 장민철 박사과정)이 특발성 폐섬유증(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF) 치료를 위한 흡입형 피르페니돈(PFD) 나노소포체(PFD-PSNVs) 개발에 성공하며 권위있는 국제 학술지인 Journal of Controlled Release에 표지논문으로 선정됐다. 특발성 폐섬유증(IPF)은 명확한 원인 없이 폐 조직이 점차적으로 딱딱해지며 호흡 기능을 잃게 되는 치명적인 희귀질환으로, 시간이 지남에 따라 결국 호흡부전으로 이어질 수 있다. 현재까지 승인된 치료법은 ▲(좌측부터)고려대 구로병원 심장혈관흉부외과 김현구 교수, KAIST 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수, 고려대학교 구로병원 김창근 박사과정, KAIST 장민철 박사과정) 병의 진행을 늦추는 약물 몇 가지와 폐 이식이 전부이며, 그마저도 효과는 제한적이고 부작용 부담이 크다. 대표적인 치료제인 피르페니돈(Pirfenidone, PFD)은 경구 투여 방식으로 사용되지만, 비특이적인 작용 기전으로 인해 다양한 장기에 영향을 주며, 오심, 간독성 등의 전신 부작용이 빈번하게 보고되고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 전 세계적으로 해당 치료제 연구를 지속하고 있으며 최근들어 약물을 폐에 직접 효과적으로 전달하는 기술이 새로운 해결책으로 떠오르고 있다. 김 교수 연구팀은 기존에 알약으로 복용하던 폐섬유증 치료제인 피르페니돈(pirfenidone)을 흡입하는 방식으로 바꿔 치료 효과를 극대화하고 부작용을 줄이기 위한 새로운 기술 개발에 초점을 맞췄다. 연구팀은 ‘폐 계면활성제’라는 자연 유래 물질을 활용해, 약물을 담을 수 있는 아주 작은 나노입자(지름 약 150나노미터)를 만들고 그 안에 피르페니돈을 넣었다. 이 흡입형 입자는 약물을 폐 깊숙한 곳까지 직접 전달해주며, 기존 흡입제보다 최대 4배 이상 오래 폐에 머무를 수 있는 구조로 설계됐다. 실제로 폐섬유증을 유도한 실험용 생쥐에 흡입 투여한 결과, 폐 조직의 손상과 섬유화가 크게 줄었고, 단 1/10 수준의 적은 용량으로도 기존 알약만큼의 치료 효과를 나타냈다. 흡입 치료제가 몸에 해롭지 않은지도 철저히 검증했다. 연구진은 생쥐에게 새로 만든 흡입제를 일정 기간 반복적으로 투여한 뒤 간, 심장, 신장, 폐 등 주요 장기의 조직 변화를 관찰하고, 피 검사로 간 기능 수치 등 전신 독성 여부를 평가했다. 그 결과, 흡입형 치료제를 투여한 실험군에서는 모든 장기에서 특별한 이상이 발견되지 않았고, 간수치나 독성 지표도 정상 범위 안에서 유지됐다. 반면, 기존 먹는 약을 고용량으로 투여한 실험군에서는 간수치가 상승하며 부작용이 확인됐다. 고려대 구로병원 심장혈관흉부외과 김현구 교수는 “이번 연구는 특발성 폐섬유증과 같은 난치성 폐질환 치료에서 약물 전달의 효율성과 안전성을 동시에 확보한 성과로, 흡입형 피르페니돈 나노소포체가 폐 심부까지 효과적으로 도달하면서 체내 부작용을 최소화할 수 있는 가능성을 확인하였다”며 “기존 경구 약물의 한계를 극복할 수 있는 대안으로서 의미가 크며, 향후 임상 적용을 위한 후속 연구를 통해 실제 환자 치료에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다. KAIST 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수는 “본 연구는 생체모사 기반 약물 전달 기술과 임상적 요구를 반영한 융합 연구를 통해 도출된 의미 있는 성과다. 특히 폐 계면활성제를 활용한 나노소포체 플랫폼은 약물의 생체 적합성과 폐 조직 내 지속성을 동시에 충족시켜, 향후 다양한 난치성 호흡기 질환 치료에 폭넓게 응용될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다”며 “앞으로도 기초과학과 임상응용 간의 연계를 강화하여, 환자 중심의 실질적 치료 기술 개발에 지속적으로 매진할 예정이다”고 말했다. 한편 이번 연구는 약물전달시스템 및 제어방출 기술 분야에서 세계적으로 권위 있는 국제 학술지인 Journal of Controlled Release에 ‘특발성 폐섬유증의 흡입 치료를 위한 폐 계면활성제 기반 피르페니돈 나노소포체 개발(Pulmonary surfactant-based pirfenidone-loaded nanovesicles for inhalation therapy of idiopathic pulmonary fibrosis) 제목으로 게재됐다. [그림1] 김 교수 연구팀은 폐 계면활성제 나노소포체에 피르페니돈을 넣어 동물실험을 진행한 결과 기존 약물양보다 소량으로도 섬유화를 억제하는 작용기전을 확인했다.

순천향대(총장 송병국) 나노화학공학과 임정균 교수 연구팀이 암세포 안에서 치료 약물을 직접 생산해 암세포 사멸을 유도하는 세포 내 ‘약물공장’ 시스템을 개발했다. 이번 성과는 암환자의 약물 투여량과 부작용은 줄이면서 치료 효과를 높일 수 있는 차세대 약물전달시스템(Drug Delivery System, DDS)으로 주목받고 있다. 연구팀은 세포 내 자유롭게 이동할 수 있는 약물전달체에 루테늄(Ru) 촉매를 결합해 새로운 분자를 설계하고, 이를 통해 미토콘드리아 내부로 선택적으로 전달되는 생물직교성 촉매 합성에 성공했다. 이 촉매는 세포 내로 유입된 후 미토콘드리아에 축적되어 비활성 약물전구체(prodrug)를 활성 약물로 전환하는 반응을 유도해, 세포 내에서 실시간으로 치료 약물이 생성되도록 했다. 이를 기반으로 한 실험에서는 암세포 내에서 약물이 직접 생산되어 미토콘드리아 손상과 세포 사멸이 유도됨이 확인됐다. ▲ 임 정균 교수 이번 기술은 2022년 노벨화학상을 수상한 ‘생물직교성 화학(bioorthogonal chemistry)’ 개념을 실제 세포 내 치료 시스템으로 구현한 사례다. 생물직교성 화학은 생명체 내 환경에 영향을 주지 않으면서, 살아 있는 세포나 조직 내에서 원하는 화학 반응을 선택적으로 일으키는 기술이다. 그러나 지금까지는 주로 세포 외부나 인공적인 환경에서만 반응이 가능했으며, 구조적으로 복잡한 미토콘드리아 내부에서의 반응 구현은 어려운 과제로 여겨져 왔다. 특히 연구팀은 기존 나노입자 기반 약물전달 방식에서 벗어나, 유기분자 형태의 분자수송체를 활용한 생물직교성 촉매가 세포 내에서 직접 약물을 활성화하는 반응을 유도했다. 이를 통해 생체 환경 안에서 치료 목적에 맞게 약물을 활성화하는 정밀 치료 전략을 제시한 것이 큰 의의다. 이번 연구는 산업통상자원부 바이오분야 연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 ‘구아니딘 기반 분자수송체를 이용한 미토콘드리아 내 치료약물의 생체직교성 in situ 생성(In situ bioorthogonal generation of therapeutics in mitochondria using a guanidine-rich molecular transporter)’이라는 제목으로, 의약화학 분야 세계적 권위지인 미국화학회(ACS) 발행 Journal of Medicinal Chemistry 8월호 표지논문으로 게재됐다. 교신저자인 임정균 교수는 “이번 연구는 생물직교성 화학을 세포 내 미토콘드리아 수준에서 구현해, 암세포가 스스로 치료약물을 생산·작동하도록 하는 ‘세포 내 약물공장’ 개념을 정밀치료 전략으로 제시한 데 큰 의의가 있다”며 “앞으로 뇌질환이나 난치성 암 치료 등으로의 확장 가능성을 단계적으로 검증해 나갈 계획”이라고 밝혔다. ◆ Journal of Medicinal Chemistry 8월호 표지논문

소아 류마티스 질환 중 가장 흔한 소아특발성관절염(Juvenile Idiopathic Arthritis, JIA)은 16세 미만 소아에게 발생하는 만성 염증성 관절질환으로, 관절이 붓고 아프며 움직임이 제한되는 증상이 6주 이상 지속되는 것이 특징이다. 아이가 이유 없이 오래 걷기를 싫어하거나, 아침에 관절이 뻣뻣하다고 호소한다면 이 질환을 의심할 수 있다. 일부 유형에서는 눈에 염증이 생겨 시력 저하로 이어지기도 한다. 하지만 국내에서는 아직 이 질환에 대한 정확한 발생빈도나 유병률에 대한 정보가 부족해, 조기 진단과 치료 기준을 세우는 데 한계가 있었다. 이러한 공백을 해소하기 위한 국내 최초의 역학 분석 결과가 최근 국제학술지에 발표되었다. ▲(왼쪽부터) 정대철 교수, 안종균 교수, 민은정 교수 가톨릭대학교 서울성모병원 소아청소년과 정대철 교수(교신저자)와 세브란스병원 소아감염면역과 안종균 교수(공동 교신저자), 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 민은정 교수(제1저자) 연구팀은 건강보험심사평가원의 청구 빅데이터를 활용해 2010년부터 2019년까지 만 16세 미만 소아특발성관절염 환자 1,728명의 자료를 분석하고, 국내 소아특발성관절염의 연평균 유병률과 발생률을 제시했다. 연구 결과, 만 16세 미만 소아에서의 소아특발성관절염 연평균 유병률은 인구 10만 명당 15.9명, 연간 발생률은 2.2명으로 나타났다. 남자 어린이보다 여자 어린이에서 유병률이 소폭 높았고, 청소년기(13~16세)에 가장 높은 빈도를 보였다. 이번 연구는 국제질병분류(ICD-10) 상에서 소아 류마티스관절염을 뜻하는 M08 코드와, 보건복지부가 지정한 희귀난치질환 등록제도의 V133 코드를 모두 충족하는 환자 1,728명의 데이터를 분석 대상으로 삼았다. 이 두 가지 기준을 동시에 만족해야만 진단의 정확성과 질병 특이성이 보장되므로, 실제 임상에서 확진을 받은 환자군만을 대상으로 한 정밀한 분석이라는 점에서 학술적으로 큰 의미가 있다. 소아특발성관절염은 다양한 아형(subtype)을 포함하고 있어, 진단과 치료가 매우 까다롭다. 일부 아형은 관절통뿐만 아니라 눈의 염증으로 시력 저하까지 유발할 수 있으며, 발병 연령과 성별에 따라 증상이 달라진다. 연구에서 여아는 유아기부터 발병하는 경우가 많고, 남아는 청소년기 이후 증가하는 양상을 보였다. 이번 결과는 진료 가이드라인 수립은 물론, 보건당국이 희귀질환 환자를 지원하는 정책의 근거자료로도 활용될 전망이다. 특히, 소아 관절통을 단순 성장통으로 오해하고 지나치는 사례가 많은 현실에서, 조기 진단과 치료의 중요성을 알리는 계기가 될 수 있다. 정대철 교수는 “이번 연구는 국내 소아특발성관절염 환자에 대한 최초의 인구 기반 역학 분석으로, 실제 환자 데이터를 바탕으로 유병률과 발생률을 수치화한 점에서 임상과 보건의료정책 양면에서 의미 있는 성과”라며 “향후에는 하위 질환 유형별 치료 반응과 약물 사용 패턴, 장기 예후까지 추적 분석하여, 국내 현실에 맞는 소아 류마티스질환의 표준 진료지침 마련과 환자 맞춤형 치료 전략 수립으로 이어질 수 있도록 연구를 이어가겠다.”고 밝혔다. 한편, 이번 연구 결과는 최근 국제학술지 Journal of Korean Medical Science(IF 3.0) 게재되었으며, 향후 약물 치료 패턴과 진료 성과에 대한 후속 연구도 진행 중이다. 참고 자료】