국내 연구팀, 알러지성 호흡기질환용 '뿌리는 치료제' 개발

기존의 주사제를 대체할 뿌리는 알러지성 호흡기질환 치료제가 개발됐다.

연세대학교 의과대학 약리학교실 김주영 교수, 세브란스병원 이비인후과 조형주 교수, 홍익대학교 컴퓨터공학과 박준상 교수 공동 연구팀은 난치성 비부비동염의 기존 치료 방법인 주사제의 부작용은 줄이고 환자 편의와 치료 효과는 높일 수 있는 뿌리는 형태의 치료제를 개발했다고 8월 30일 밝혔다.

이번 연구 결과는 생체 재료 분야 국제 학술지 '머터리얼즈 투데이 바이오(Materials Today Bio, IF 8.7)' 최신 호에 'Non-invasive strategy: Developing a topical IL-4Rα-specific nanobody for the treatment of allergic airway diseases'라는 제목으로 실렸다.

전 세계 인구의 30%가 앓고 있는 만성 비부비동염은 코막힘, 재채기 등을 일으켜 일상생활의 질을 떨어뜨리는 질병으로, 전통적으로는 먹는 경구용 약물이나 주사제로 치료했다.

하지만 경구용 약물(스테로이드제)은 장기복용 시 약제가 치료 부위를 넘어 전신에 부작용을 일으킬 수 있고, 주기적으로 맞는 주사(항체치료제)는 환자 불편은 물론 백혈구의 일종인 호산구가 늘어나는 호산구증다증 부작용 발생 우려가 있다.

▲ 나노바디 침투와 다양한 깊이의 세포에 미치는 영향. (A) H5, H5×2 및 두필루맙의 세포주위 투과성을 평가하기 위한 실험의 개략적인 표현. 분자는 각각 100μg/ml의 농도로 HNEC의 정점-공기측에 투여되었고, IL-4/IL-13은 각각 10ng/ml의 농도로 기저측 배양 배지에서 처리됐다. (B) 세포 투과성 1가 H5, 2가 H5 및 두필루맙을 포함하는 배양 배지의 웨스턴 블롯으로서, 분자의 세포주위 투과성을 나타낸다. (C) 1가 H5, 2가 H5 및 두필루맙의 세포주위 투과성(기저측 투과량/총 정점 처리량*100%)은 각 밴드 강도에 의해 계산됐다. (D) 1가 및 2가 나노바디의 수용체 차단 기능 평가 및 HNEC의 세포 구성을 나타내기 위한 실험의 개략적인 표현이다. 두 나노바디는 모두 HNEC의 정점측에서 직접 처리되었고, IL-4/IL-13은 기저측 배양 배지에서 10ng/ml가 처리됐다. (E, F) 단일 세포 시퀀싱 분석을 통해 결정된 바와 같이 정상 및 IL-4 처리 조건에서 HNEC 세포의 별개의 부분집합에서 CCL26 (E) 및 FOXJ1 (F) 유전자의 발현 수준을 표시하는 바이올린 플롯이다. (G, H) 정량적 PCR에 의해 검출된 HNEC에서 IL-4 (G) 및 IL-13 (H) 보충 조건에서 나노바디 변이체를 투여한 CCL26 (G) 및 FOXJ1 (H)의 발현.

연구팀은 이를 해결하기 위해 2~4 nm(나노미터, 10억분의 1 m) 크기의 단백질 치료제 '나노바디(nanobody)'에 주목했다.

이 때 연구팀은 나노바디가 IL-4Rα(인터류킨-4 수용체 알파: 면역 반응과 염증 조절에 관여하는 단백질)를 표적할 수 있도록 개발했다. 

연구팀이 개발한 나노바디 치료제는 먹거나 주사하는 기존 치료법과 달리 약물이 염증 부위인 비강표면에 직접 닿아 치료 효과를 높인다는 점과 10억분의 1 m의 초소형 입자로 이뤄져 염증 부위 침투력이 높다는 비침습적 특징으로 환자 불편을 최소화할 수 있다.

조형주 교수는 "약을 먹거나 주사를 놓아 치료하는 기존 방법은 각종 부작용, 높은 비용, 환자 불편 등의 측면에서 어려움이 있었다"라며, "염증 부위인 비강에 직접 분무하는 치료제를 만든 이번 연구를 통해 만성비부비동염 등 알러지성 호흡기질환 치료에 도움이 될 것으로 기대한다"라고 말했다.

한편, 이번 연구는 나노바디 발굴팀, in silico 단백결합력 증진팀, 임상연구팀이 협동한 융합형 기초연구실 사업(RS-2023-00220853, 연구책임자 김주영 교수, 한국연구재단) 지원으로 수행됐다.