유독가스 일산화탄소로 염증 치료한다

이은지 교수팀, 제어 가능한 수화젤 패치 개발

▲일산화탄소 방출 제어 가능한 주사형 및 접착형 수화젤 패치 치료제 제조법 ⓒ한국연구재단

광주과학기술원 이은지 교수팀이 유독가스로 알려져 있는 일산화탄소를 치료제로 사용할 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 12일 이 연구진이 일산화탄소 방출 양과 속도를 제어할 수 있는 수화젤 패치를 개발했고, 체내 조직 및 장기에 쉽게 부착함으로써 효과적인 세포보호 및 항염증 효과를 확인했다고 밝혔다.

수화젤(Hydrogel)은 삼차원 망상구조를 갖는 물질로 다량의 물을 흡수할 수 있는 특성이 있으며 대표적인 생체 재료로 이용되는 물질이다.

많은 양의 일산화탄소는 체내 조직의 산소공급을 차단하고 중추신경계에 영향을 주어 두통, 경련, 구토, 심지어 사망에 이르게 하는 반면 10~500ppm의 적은 농도에서는 염증 작용을 억제하고 혈관이완, 세포 손상 및 사멸을 억제하는 보호 기능이 나타난다.

이러한 장점을 이용해 일산화탄소를 치료제재로 사용하려는 노력이 있었으나, 원하는 부위에 적절한 농도의 일산화탄소를 처리하는 것이 쉽지 않았다. 기존의 기술은 혈장에서 빠르게 일산화탄소를 방출시켜 치료효과가 현저히 감소되거나 독성 유발의 부작용이 있다.

▲ (a) 일산화탄소 방출 분자가 결합된 펩타이드의 수용액상 자기조립으로 이루어진 나노피브릴과 그로 인해 형성된 주사형 수화젤(좌), 제조된 수화젤의 일산화탄소 방출 효과 (b) 조직에 부착 가능한 일산화탄소 방출 수화젤 패치 ⓒ한국연구재단

연구팀은 생체친화성 펩타이드에 일산화탄소 방출 분자를 결합해 나노섬유의 망상구조 형태를 유도했다. 이로써 일산화탄소 방출 제어가 가능한 수화젤 주사 및 패치를 성공적으로 제작했다.

특히 환부에 접착하는 수화젤 패치에서는 구성 요소인 펩타이드를 개질해, 물리적 강도를 향상시키고 환부와의 접착성도 높여주었다. 일산화탄소 가스의 전달 및 치료 효과가 향상된 것이다.

또한 분자 프로그래밍을 통해 일산화탄소 방출 양과 속도 조절이 가능하고, 세포 내 유전자나 단백질의 변형을 유도하는 활성 산소의 형성을 억제함으로써 세포 사멸과 염증 반응도 억제했다.

▲이은지 교수 ⓒ한국연구재단

이은지 교수는 “이 연구는 일산화탄소의 방출 양과 속도를 제어해 치료제재로 사용할 수 있는 실용적인 수화젤 패치 개발의 첫 사례”라며, “특정 조직이나 장기에 효과적으로 적용하는 가스 치료제 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 설명했다.

이 연구 성과는 재료과학분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials) 9월 25일 게재되었고, 표지논문으로 선정됐다.