강희민 교수팀, 환자별 다양한 맞춤형 의료 가능성 열려
"Immunoregulation of macrophages by dynamic ligand presentation via ligand–cation coordination"
환자에게 면역 재생의학 등 맞춤형 의료를 실현시켜 줄 수 있는 원격 조종이 가능한 나노공학 신소재가 개발돼 화제다.
고려대 공과대학 신소재공학부 강희민 교수가 주도한 이번 연구는 귄위 있는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월호에 게재됐다.
- 논문명: Immunoregulation of macrophages by dynamic ligand presentation via ligand–cation coordination
현대 의학에서 임플란트는 다양한 질병의 치료나 기능을 보완하기 위해 필수적으로 쓰이고 있다. 심박 조율기, 스텐트, 전자 장치, 광학 장치, 미용 재료, 인공 조직 대체 재료 등 무수히 많은 종류의 인체에 유용한 기능을 하는 임플란트가 현재 의료 현장에서 쓰이고 있거나 개발되고 있다. 그러나 모든 임플란트는 인체 내에서 외부물질로서 면역 반응을 일으키며, 이 반응을 조절하지 못하면 임플란트의 기능을 하지 못하거나 장애를 일으켜서 오히려 생명에 위협을 줄 수도 있다.
인체 내에서 임플란트에 대한 면역 반응은 대식 세포의 역학적인 부착, 분리, 분극화에 의해 지배된다. 대식 세포의 M1 분극화는 염증을 유발하고, M2 분극화는 염증을 억제하며 조직재생을 촉진하는 상이한 역할을 수행한다. 따라서 대식 세포의 부착, 분리, 분극화를 실시간으로 조절할 수 있게 된다면, 임플란트에 대한 면역 반응을 환자의 상태에 따라 원격 조종할 수 있게 되는 맞춤형 의학을 가능하게 하며 이러한 기술이 이번 연구에서 최초로 보고됐다.
이번 연구에서는 생체 내에 존재하는 마그네슘 (Mg2+)과 임상 의학에 쓰이고 있는 비스포스포네이트 (bisphosphonate, BP) 리간드를 주입하여 금속-리간드 배위결합으로 나노 이합체로 자가조립이 가능하게 했고, 이는 대식세포의 부착을 유도했다. 자가조립된 나노입자는 임상 의학에 쓰이고 있는 킬레이트제를 주입하여 분해가 가능했으며, 이는 단 10분 이내에 대식세포의 가역적인 부착과 분리를 용이하게 했다. 또한 자가조립된 나노입자에 세포부착성의 RGD 리간드를 포함시킴으로써 대식세포의 부착과 조직재생성의 M2 분극화를 촉진하고, 염증성의 M1 분극화를 억제시킬 수 있음을 입증했다.
이밖에도 강희민 교수는 나노 자가조립의 원격 조종하는 기술이 줄기 세포 분화를 조절함으로써 재생 의학에도 적용될 수 있음을 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials, Impact Factor: 21.950, 2018년 9월)에 게재한 바 있다.
강희민 교수는 "이 연구는 인체에 무해한 물질을 이용해 빠르고 가역적인 나노 자가조립을 가능하게 하고, 이를 면역 의학, 재생 의학 등에 적용한 기술” 이라며, “앞으로 나노 자가조립, 자성적, 광학적 등으로 실시간 원격 조종할 수 있는 나노공학 신소재들을 개발하여, 환자에게 다양한 맞춤형 의료의 가능성을 실현시켜줄 계획"라고 연구의 의미와 발전계획에 대해 설명했다.
