최근 국내 연구진이 홍합단백질을 이용해 심장조직에 붙이기만 하면 되는 심근경색 치료제를 개발했다.
POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 화학공학과 차형준 교수는 화학공학과 임수미 석사, 박태윤 박사, 전은영 박사(현 미국 컬럼비아대학교 박사) 연구팀은 몸속 성장인자(growth factor)와 세포외 기질(extracellular matrix) 유래의 기능성 펩타이드를 포함한 새로운 홍합접착단백질을 개발했다고 26일 밝혔다.
성장인자란 세포의 성장과 분화에 관여하는 단백질을, 세포외 기질이란 세포를 제외한 조직의 나머지 성분을 말한다.
차형준 교수팀은 이 기능성 펩타이드를 손상된 심근 조직에 효과적으로 전달할 수 있도록 심장조직에 붙이는 패치형 주사인 ‘마이크로니들’로 만들었다. 마이크로니들 끝부분에는 기계적 강도가 우수한 실크 피브로인(silk fibroin) 단백질을 더해 동물의 심근 조직 표면에 쉽고 빠르게 침투되도록 했다.
300~800마이크로미터(㎛) 길이의 미세 바늘로 구성된 마이크로니들은 조직 표면을 통과해 유효성분을 전달하는 약물전달시스템이다. 두꺼운 바늘로 찔러야 하는 기존의 주사와 다르게 장기 조직 표면에 부착만 하면 된다는 장점이 있다.
차형준 교수팀은 마이크로니들 기술을 심근경색 치료에 적용하고자 했다. 심근경색이 일어나면 심장의 근육세포와 주변 혈관이 크게 손상되지만, 스스로 재생이 일어나지 않아 손상된 심장근육을 획기적으로 재생시킬 방법이 없었다. 혈관재생을 돕는 성장인자나 약물 등을 심장에 전달해 손상된 조직을 재생시키고자 하는 연구가 진행되고 있지만, 성장인자는 반감기가 매우 짧고, 체내에서 쉽게 사라져 지속적인 물질 주입이 필요했다.
기능성 홍합접착단백질은 마이크로니들에 의해 만들어진 미세한 경로를 통해 직접적으로 전달됐다. 이는 손상된 심근 조직에 오랫동안 남아 심근세포의 추가적인 사멸을 방지하고, 근섬유화(fibrosis)를 완화해 손상된 심근벽을 효과적으로 회복시켰다.
차형준 교수는 “한국의 원천소재인 홍합접착단백질을 이용해 실제 심근경색 동물모델에서 기능성 펩타이드를 효과적으로 전달했다”며 “이로써 심근경색 치료제의 가능성을 확인했을 뿐 아니라, 개발한 기술은 비슷한 환경의 조직 재생 치료에도 성공적으로 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 바이오소재 분야 최고 학술지인 ‘바이오머터리얼스 (Biomaterials)’에 게재됐으며, 보건복지부와 한국보건산업진흥원에서 지원하는 ‘보건의료기술개발사업’, 과학기술정보통신부와 한국연구재단에서 지원하는‘나노·미래소재원천기술개발사업’의 일환으로 수행됐다.
한편, 홍합접착단백질 소재 기술은 ㈜네이처글루텍에 기술이전을 완료, 현재 임상시험계획 승인을 거쳐 임상이 추진되고 있다.
<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>
Professor Hyungjun Cha's team at POSTECH developed a treatment for myocardial infarction using mussel protein
Professor Hyung-Jun Cha of the Department of Chemical Engineering at POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Moo-Hwan Kim), Professor Su-mi Lim of the Department of Chemical Engineering, Ph. It announced on the 26th that it has developed a new mussel adhesive protein containing functional peptides.
Growth factors refer to proteins involved in cell growth and differentiation, and extracellular matrix refers to the rest of the tissue except for cells.
Professor Hyung-Jun Cha's team made a 'microneedle', a patch-type injection that is attached to the heart tissue so that this functional peptide can be effectively delivered to the damaged myocardial tissue. Silk fibroin protein, which has excellent mechanical strength, was added to the tip of the microneedle to allow it to easily and quickly penetrate into the surface of the animal's myocardial tissue.
Microneedles composed of microneedles with a length of 300 to 800 micrometers (㎛) are drug delivery systems that deliver active ingredients through the tissue surface. Unlike conventional injections, which require piercing with a thick needle, the advantage is that it only needs to be attached to the surface of the organ tissue.
Professor Hyungjun Cha's team tried to apply microneedle technology to the treatment of myocardial infarction. When myocardial infarction occurs, the muscle cells of the heart and surrounding blood vessels are greatly damaged, but there was no way to regenerate the damaged heart muscle dramatically because it did not regenerate itself. Although research is being conducted to regenerate damaged tissues by delivering growth factors or drugs that help regenerate blood vessels to the heart, growth factors have a very short half-life and disappear easily from the body, requiring continuous injection of substances.
In this study, Professor Hyung-Jun Cha's team confirmed that when human-derived vascular cells were treated with mussel adhesive protein containing functional peptides, cell proliferation and migration were effectively promoted. Due to the excellent adhesion of the mussel adhesive protein material and the properties of the microneedle that swells in the body, the patch was maintained firmly in the heart tissue where continuous contraction movements were repeated.
The functional mussel adhesive protein was delivered directly through a microscopic pathway created by the microneedle. It remained in the damaged myocardial tissue for a long time, prevented further death of myocardial cells, and effectively restored the damaged myocardial wall by alleviating fibrosis.
Professor Cha Hyeong-jun said, "We have effectively delivered functional peptides in an animal model of myocardial infarction using mussel adhesive protein, a Korean source material." It can also be successfully applied to treatment.”
The results of this research were published in 'Biomaterials', the best academic journal in the field of biomaterials, and were supported by the 'Health and Medical Technology Development Project' supported by the Ministry of Health and Welfare and the Korea Health Industry Promotion Agency, and the Ministry of Science and ICT and the National Research Foundation of Korea. It was carried out as part of the 'Nano/Future Materials Source Technology Development Project'.
Meanwhile, the mussel adhesive protein material technology has been transferred to Nature Glutech Co., Ltd., and clinical trials are currently underway after approval of the clinical trial plan. <저작권자 ⓒ 브레이크뉴스 대구경북 무단전재 및 재배포 금지>
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