알츠하이머성 치매 빛으로 치료하는 ‘나노복합체’ 개발

인체 독성 낮은 탄소 주성분으로 합성된 물질이 ‘아밀로이드 플라크’ 형성 억제

이동화 기자 | 기사입력 2021/01/11 [10:59]

알츠하이머성 치매 빛으로 치료하는 ‘나노복합체’ 개발

인체 독성 낮은 탄소 주성분으로 합성된 물질이 ‘아밀로이드 플라크’ 형성 억제

이동화 기자 | 입력 : 2021/01/11 [10:59]
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▲ 강현오 한국기초과학지원연구원 소재분석연구부 박사 연구팀과 박찬범 카이스트 신소재공학과 교수 연구팀이 아밀로이드 플라크 형성을 억제하는 나노복합체를 개발했다. 사진은 나노복합체가 아밀로이드 플라크 형성을 억제하는 과정.  © 제공=한국기초과학지원연구원


빛으로 치매 원인을 제거하는 기술이 개발됐다. 강현오 한국기초과학지원연구원(KBSI) 소재분석연구부 박사 연구팀과 박찬범 카이스트(KAIST) 신소재공학과 교수 연구팀이 공동연구를 통해 개발한 아밀로이드 플라크 형성 억제 나노복합체다.

 

아밀로이드 플라크는 알츠하이머성 치매 환자의 뇌에서 발견되는 단백질 덩어리다. 실 모양의 베타 아밀로이드 단백질이 모여 만들어지는데, 아밀로이드 플라크가 뇌 안에 축적되는 과정에서 발생하는 신경 독성과 뇌 신경세포 신호전달 시스템 파괴로 인해 치매가 발생한다고 알려져 있다. 연구팀이 개발한 나노복합체는 붉은빛을 받을 때 활성화되는데, 필요한 시간 동안 특정한 위치에 빛을 조사하면 아밀로이드 플라크 형성을 억제할 수 있다.

 

그동안 알츠하이머성 치매 치료를 위한 아밀로이드 단백질 응집 억제 연구가 계속되어왔는데, 연구팀은 빛으로 치료 위치를 표적하고 시간 조절이 가능한 나노복합체를 개발하고, 동물실험을 통해 억제 효능을 검증하는데 성공했다.

 

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▲ 치매 실험 쥐 뇌 속 아밀로이드 플라크 감소 모습.(a) 나노복합체 주사 후 붉은빛을 조사하지 않은 뇌(위)와 조사한 뇌(아래). 빛에 의해 활성화된 나노복합체로 인해 아밀로이드 플라크가 감소했음을 빨간색 점선 부분에서 확인할 수 있다.(b) 동물모델 실험에서 나노복합체 주사 후 빛을 조사했을 때 아밀로이드 플라크가 효과적으로 감소했음을 증명했다.  © 제공=한국기초과학지원연구원

 

연구는 주요 치매 유전자들을 동시에 갖고 있는 치매 동물모델(5xFAD)을 활용해 진행됐다. 살아있는 실험 쥐의 뇌 한쪽에 나노복합체 용액을 주사하고, 뇌 속의 깊은 곳까지 닿을 수 있을 만큼 투과력이 높은 붉은빛(파장 617nm)을 2시간가량 쬐였다. 연구 결과, 빛을 받아 활성화된 나노복합체가 활성산소를 발생시켜 아밀로이드 플라크를 잘게 쪼개고 재응집과 형성을 억제한다는 사실을 확인했다.

 

이번 연구를 통해 개발된 나노복합체는 5nm 이하의 크기다. 나노복합체는 공 모양의 핵에 핵산 가닥을 결합시킨 형태인데, 핵은 탄소가 주성분으로 ‘탄소점(Carbon dot)’이라 불리며 인체 독성이 낮다. 핵에 결합한 핵산 가닥은 ‘앱타머(Aptamer)’로, 베타 아밀로이드 단백질을 만나 강하게 달라붙는 역할을 한다. 나노복합체는 생체의 복잡한 신경생리학적 환경 속에서도 효과를 보인다는 사실이 확인돼 향후 치매 치료제 개발에도 적용 가능할 것으로 보인다.

 

강현오 박사는 “뇌신경 관련 치료제 개발은 외부 물질로부터 뇌신경 세포들을 보호하는 뇌혈관장벽을 치료제가 통과할 수 있는지가 관건”이었다며, “이번에 개발된 나노복합체는 탄소를 기반으로 해 뇌혈관장벽을 통과할 가능성이 높아 알츠하이머성 치매를 치료할 수 있는 새로운 나노복합체로 이어질 것으로 기대하고 있다”라고 밝혔다.

 

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▲ 강현오 한국기초과학지원연구원 소재분석연구부 박사 연구팀과 박찬범 카이스트 신소재공학과 교수 연구팀이 아밀로이드 플라크 형성을 억제하는 나노복합체를 개발했다. (왼쪽부터) 강현오 박사, 박찬범 교수, 이창헌 카이스트 박사, 정유정 카이스트 박사 모습.  © 제공=한국기초과학지원연구원

 

한편, 이번 연구 결과는 나노분야 국제학술지 ‘ACS Nano’ 온라인판에 지난해 11월 25일 게재됐다. 연구는 한국연구재단과 한국기초과학지원연구원의 지원으로 이뤄졌으며, 박찬범 교수 연구팀은 나노복합체 합성 및 특성 분석 연구를, 강현오 박사 연구팀은 치매 동물모델을 통한 나노복합체 효능 분석 연구를 실시했다.

 

[백뉴스(100NEWS)=이동화 기자]

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