[한국기술뉴스] 인천대학교 이원종 교수 연구팀은 당근으로 암과 알츠하이머를 치료해주는 치료용 조성물을 개발했다. 개발된 기술은 인천대학교 산학협력단을 통해 2021년 05월 07일 특허를 출원(출원번호 제1020210058990호)했다. 특허 명칭은 '당근 유래 나노베지클을 유효성분으로 포함하는 퇴행성 뇌 질환, 심근 허혈 또는 재관류 손상의 예방, 개선 또는 치료용 조성물’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

최근 엑소좀을 통해 암이나 알츠하이머와 같은 다양한 난치성 질환의 진단 및 치료가 가능할 수도 있다는 사실이 밝혀져 화제가 되었습니다. 세포밖소포체 중 하나인 엑소좀은 세포가 만들어 내는 나노입자이며, 생명체 내에서 세포와 조직간 정보를 운반하는 기능을 갖고 있습니다. 이를 통해 엑소좀은 세포의 증식, 분화, 면역 반응 등을 조절할 수 있기 때문에, 바이오의약은 물론 화장품 및 기능성 식품 소재로 개발하기 위한 연구가 이뤄지고 있습니다.

기존 연구에서는 주로 배양기에서 세포 배양으로부터 엑소좀을 분리하여 사용하고 있습니다. 따라서 생산성이 낮다는 문제와 함께 생물학적 기능이 많지 않기 때문에, 기능성 소재로 개발하는데는 한계가 있습니다.

이러한 문제를 개선하기 위해 인천대학교 연구팀에서는 식물 유래 엑소좀을 활용하는 방법을 고안하였습니다. 식물 내에는 이미 많은 양의 나노베지클이 존재하고 있으며, 이들은 엑소좀과 유사한 성질을 갖고 있는 것으로 확인되었습니다. 특히, 세포 배양에 비해 엑소좀을 대량으로 생산할 수 있으며(약 100~10,000배 이상) 식물에 따라 다양한 생물학적 기능이 있기 때문에 기능성 소재로서 가치가 매우 높습니다.

인천대학교 연구팀에서는 당근으로부터 이들 나노베지클을 분리하였고, 이들이 뇌 질환 및 심근 허혈에 효능이 있음을 발견하였습니다.

먼저 당근 착즙 용액을 원심분리한 후 상층액을 분리한 후, 한외여과로 농축을 합니다. 분자의 크기에 따라 분리하는 방법인 크기 배제 크로마토그래피를 이용해 농축액으로부터 당근 유래 나노베지클을 분리합니다. 크기 배제 크로마토그래피는 분자의 무게나 구조, 공기 등에 의한 영향을 받지 않아 높은 정밀도로 나노입자를 분리할 수 있습니다. 연구팀은 당근 유래 나노베지클의 세포독성 평가 및 생물학적 효능을 검증하였습니다. 먼저 인간 신경 모세포종과 심장 근원 세포에 대하여 당근 유래 나노입자의 세포독성 확인 결과 세포 독성이 낮은 안전한 소재임을 규명하였습니다.

생물학적 기능 분석 결과, 당근 유래 나노베지클을 첨가한 세포는 신경퇴행성 질환 모델에 사용되는 시약인 6-OHDA에 의해 유도되는 인간 신경 모세포종의 자멸을 막아주는 것이 확인되었습니다. 이는 당근 유래 나노베지클이 파킨슨병의 치료제로서 개발 가능성이 있음을 의미합니다.

또한, 과도한 산화스트레스에 의해 유도되는 심근 근원 세포 자멸 또한 억제할 수 있으며, 특히 카스피아제의 활성을 억제하는 등의 심혈관 질환 모델에서 항산화 효능 역시 지닌 것이 확인되었습니다.

본 연구를 통해, 당근 유래 나노베지클이 항세포자멸 및 항산화 효과를 지녀 파킨슨병과 심혈관 질환, 뇌 질환, 노화 등에 대한 개선을 기대할 수 있습니다.

본 방법을 이용할 경우 저렴한 비용으로 고순도의 식물 유래 나노베지클을 대량 생산할 수 있으며, 이들이 보유한 다양한 생물학적 기능을 기반으로 다양한 의약품과 화장품, 건강기능식품 소재로 개발할 수 있을 것으로 기대됩니다.