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치매 원인 물질 제거 나노 청소기 개발

알츠하이머 주요 원인 물질인 베타-아밀로이드 흡입 제거

KIST, 응용범위 확장 후 다양한 질병 치료에 적용 가능

알츠하이머병은 기억 상실이나 인지 기능의 현저한 감소와 관련된 신경 퇴행성 장애로 최근 통계에 따르면 전 세계 65세 이상 인구의 10명 중 1명이 알츠하이머병을 앓고 있을 정도로 빠르게 급증하고 있다. 알츠하이머병 환자에서 발견되는 주요 병리적 특징은 세포 외부의 베타-아밀로이드(Aβ) 플라크 및 세포 내의 타우 단백질이 신경 섬유에 응집, 축적되는 것이다. 해마와 피질에서 신경세포에 엉켜진 플라크 축적은 신경세포의 신호전달 시냅스를 파괴하며 신경세포의 기능부전과 신경세포 사멸을 일으키는 시발점으로 여겨지고 있다.

최근 KIST 연구진이 알츠하이머병의 주요 원인이 되는 베타-아밀로이드 단백질만을 선택적으로 흡입하여 제거하는 나노 구조체를 개발하여 주목받고 있다.

특정 물질을 타겟팅하여 빨아들이는 나노청소기의 구성 및 작용 개략도미니항체가 접합된 다공성 실리카 나노구조체는 특정 타겟 물질을 선택적으로 표적화하고 흡수한다. 그림1의 경우 베타-아밀로이드를 대상으로 진행하였으며, 베타-아밀로이드의 자가 조립을 억제하여 플라크의 침착으로 이어지는 일련의 과정을 차단하였다.

한국과학기술연구원(KIST)은 분자인식연구센터 이준석 박사팀이 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 박찬범 교수팀. 아르곤 국립연구소와의 공동연구를 통해 치매의 주요 원인 물질로 꼽히는 베타-아밀로이드 단백질을 흡입하여 제거함으로써 알츠하이머 질환의 진행을 예방하는 나노청소기를 개발했다고 밝혔다.

베타-아밀로이드 단백질은 뇌 속에서 응집되는 특성이 있다. 이 단백질이 과도하게 응집되면 신경세포를 사멸시키고 시냅스를 파괴하여 알츠하이머의 진행을 가속시킨다. 이러한 응집을 막기 위해 베타-아밀로이드 단백질의 생성을 차단하거나, 생성된 단백질이 서로 응집되지 않도록 항체 및 저해제를 활용하는 연구가 여러 방면에서 진행되고 있으나 아직 효과적인 치매 치료제는 개발되지 못했다.KIST

KIST 이준석 박사팀은 상기 기존 방식이 아닌 생성된 베타-아밀로이드 단백질을 원천적으로 흡입하여 제거하는 새로운 접근법을 통해 독성물질의 생성을 예방하는 전략에 주목하였다. 이와 같은 특정 단백질(베타-아밀로이드)을 효율적으로 제거하기 위해서는 항체와 같은 베타-아밀로이드를 선택성을 가진 물질이 필요하다. 하지만 기존의 항체는 체내에서 안정성이 떨어지고 체내 다른 분자와도 결합할 수 있어 그 효율성이 떨어진다.

이러한 한계점을 극복하기 위해 거대한 구멍을 갖는 나노입자를 디자인하여 넓은 표면적을 갖는 나노 구조체를 제작했다. 연구진은 이 구조체에 표적 물질에 대한 선택성은 높으면서도 보통의 항체보다 작아 더 높은 효율로 흡입할 수 있는 미니항체(scFv)를 부착하여 표적 물질인 베타-아밀로이드 단백질을 선별하여 흡착하도록 하였다.

연구진이 개발한 나노청소기는 베타-아밀로이드 단백질을 효과적으로 흡착하여 베타-아밀로이드 단백질의 비정상적 응집을 80% 이상 차단하여 신경독성을 완화하였다. 또한, 연구진은 동물실험을 통해 그 효과를 입증하여 미래 항-아밀로이드성 억제제로서의 가능성을 입증하였다.

이 연구를 주도한 KIST 이준석 박사는 “나노청소기를 이용해 베타-아밀로이드나 타우 단백질에 대한 흡입을 통해 신경독성 물질의 응집저해가 가능할 뿐만 아니라, 응용 범위를 확장하면 체내 다양한 유해물질을 선택적으로 제거할 수 있는 나노청소기로써 질병 예방 및 건강증진에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 ‘Advanced functional Materials’(IF: 15.621, JCR 분야 상위 3.041%) 표지논문(Front Cover)으로 선정되어 게재될 예정이다.

KIST 홍보실 제공

 

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