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완치 불가능한 HIV 감염, 면역 활성 유도 ‘핵산나노입자’로 사멸 가능
완치 불가능한 HIV 감염, 면역 활성 유도 ‘핵산나노입자’로 사멸 가능
  • 박세아 기자
  • 승인 2021.09.16 14:00
  • 댓글 0
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HIV 감염환자의 혈액에서 수지상세포 자극, 항바이러스 단백질 분비 유도
핵산나노입자, 다양한 면역 활성 유도로 코로나바이러스에도 효과 기대
게티이미지뱅크
HIV 감염때문에 손상된 면역체계를 회복시키고 잠복해 있는 바이러스를 근절하는 치료제 개발이 절실하다ⓒ게티이미지뱅크

[바이오타임즈] 인체면역결핍바이러스(HIV)는 인체 중 체액 내에서 생존하며, 면역기능을 파괴하고 후천성면역결핍증(AIDS, 에이즈)을 일으키는 바이러스이다.

HIV에 걸리면 면역체계가 손상되어 병원균 침입에 취약하므로, 바이러스를 제거하며 손상된 면역체계를 회복하는 것이 중요하다.

HIV 감염 치료법 중 항바이러스 치료법은 가장 중요한 치료법으로, 국내에서도 다양한 약제들의 조합으로 항바이러스 병용 치료가 활발하게 사용되고 있다. 그러나 현재의 치료법은 단순히 바이러스를 억제하고 면역기능을 회복 시켜 유지하는 치료로 사망률 감소에 목적이 있다. 이에 HIV 감염의 완치는 불가능한 상태다.

이처럼 HIV 감염때문에 손상된 면역체계를 회복시키고 잠복해 있는 바이러스를 근절하는 치료제 개발이 절실한 가운데, 국내 연구진이 면역세포를 활성화하는 핵산 나노입자를 개발해 HIV 치료제 개발의 가능성을 제시했다.
 

면역증강 핵산나노입자의 HIV 대항 면역활성 전략 모식도. 자가조립되는 지질핵산과 면역세포 활성화를 유도할 면역증강제로 구형의 나노입자를 제작했다. 이 입자는 HIV 감염환자의 면역세포에 전달되어 면역세포의 활성화를 유도하고, 활성화된 면역세포에서 제 1형 인터페론과 인터페론 감마 등 사이토카인을 분비하여 바이러스를 제거하고 HIV의 잠복기를 전환(증상이 호전됨)시킨다(자료=곽민성 부경대학교 교수)
면역증강 핵산나노입자의 HIV 대항 면역활성 전략 모식도. 자가조립되는 지질핵산과 면역세포 활성화를 유도할 면역증강제로 구형의 나노입자를 제작했다. 이 입자는 HIV 감염환자의 면역세포에 전달되어 면역세포의 활성화를 유도하고, 활성화된 면역세포에서 제 1형 인터페론과 인터페론 감마 등 사이토카인을 분비하여 바이러스를 제거하고 HIV의 잠복기를 전환(증상이 호전됨)시킨다(자료=곽민성 부경대학교 교수)

◇부경대·영남대 연구팀, 면역 활성 유도 핵산나노입자 개발...HIV 사멸 가능

한국연구재단은 곽민석 부경대학교 교수와 진준오 영남대학교 교수 연구팀이 공동연구를 통해 면역 활성 유도 핵산나노입자를 개발했다고 밝혔다. 이 연구성과는 바이오 소재 분야 국제학술지 ‘바이오머티리얼스(Biomaterials)’에 8월 27일 자 온라인에 게재됐다.

연구진은 HIV 감염환자의 면역세포가 외부 침입물로 인식할 합성 핵산 분자를 제작, 면역세포를 활성화하고 감염된 세포를 제거한다는 전략으로 연구를 수행했다.

HIV 치료의 어려움 중 하나는 HIV가 완전히 제거되지 않고 되살아나는 것이다. 이를 위해 잠복해 있는 HIV를 재활성화해 바이러스를 완전히 제거하는 방법이 새롭게 개발되고 있지만, 바이러스를 제거하는 약물과 재활성화하는 약물 등 여러 약물을 조합하여 사용해야 한다. 또한 이들 약물을 전달할 수 있는 기술에 한계점이 있고, 약물의 독성도 문제가 된다.

연구팀이 이번에 개발한 면역증강 핵산나노입자는 생체친화적인 재료로 이루어져 있어 생체 독성이 낮고 면역증강제 전달 능력이 뛰어나다. 그리고 이 물질 자체로 면역 활성화를 통해 바이러스를 제거하고 잠복해 있는 바이러스를 재활성화시키는 등의 효과가 있다.

연구팀은 구(球)형으로 자가조립될 수 있는 지질 핵산 염기에 면역세포를 활성화하는 면역증강 서열이 결합된 지질 DNA 분자들이 뭉치는 원리로 직경 약 14 나노미터(10억분의 1 미터)의 면역증강 핵산나노입자를 설계, 합성했다.

여기에는 CpG라는 특징적인 염기서열을 가진 핵산에 의해 활성화되는 면역세포 수용체를 이용했다. CpG에 의해 활성화된 항원제시세포가 T 림프구를 자극하여 감염을 막는다는 전략이다.

이후 면역세포를 자극할 CpG 염기서열을 가진 핵산에 지질이중막 구조의 세포막을 효과적으로 통과할 수 있도록 인공 지질구조를 더한 지질핵산 나노입자를 설계했다. 기존에도 CpG 면역증강제를 리포솜 등 약물전달체에 결합한 시도가 있었지만 효과적 전달이나 세포유입에 한계가 있었다.

연구팀이 만든 지질 핵산 나노입자는 자가조립 성질을 가져 약물전달체가 필요 없고 여러 지질 핵산이 마이셀 모양으로 응집한 작은 나노구조를 균일하게 만드는 것이 특징이다.
 

핵산나노입자의 면역세포 활성화 및 HIV 제거와 잠복기 전환 효과.  HIV 감염환자에서 얻은 세포실험에서 면역세포의 활성화로 수지상세포에서 제 1형 인터페론이, NK 세포에서 인터페론 감마가 분비된다. 그리고 활성화된 면역세포로 인해 HIV의 제거가 일어나고, 더 나아가 HIV 잠복기 전환도 일어난다. 이러한 효과는 면역증강제만 사용했을 때 보다 면역증강 핵산나노입자를 사용했을 때 더 높게 나타난다(사진=진준오 영남대학교 교수)
핵산나노입자의 면역세포 활성화 및 HIV 제거와 잠복기 전환 효과. HIV 감염환자에서 얻은 세포실험에서 면역세포의 활성화로 수지상세포에서 제 1형 인터페론이, NK 세포에서 인터페론 감마가 분비된다. 그리고 활성화된 면역세포로 인해 HIV의 제거가 일어나고, 더 나아가 HIV 잠복기 전환도 일어난다. 이러한 효과는 면역증강제만 사용했을 때 보다 면역증강 핵산나노입자를 사용했을 때 더 높게 나타난다(자료=진준오 영남대학교 교수)

◇핵산나노입자, 다양한 면역 활성 유도로 코로나바이러스에도 효과 기대

연구팀은 인체면역결핍바이러스 감염 환자의 혈액을 이용해 이 나노입자의 면역세포 활성화 능력과 항바이러스 효과를 확인했다. 환자 혈액에 있는 백혈구의 활성을 유도하는 한편, 바이러스에 대항하는 특화된 수지상세포를 자극하여 바이러스와 싸울 수 있는 사이토카인 단백질이 대량으로 분비될 수 있도록 한다는 것이다.

면역증강 핵산나노입자는 에이즈가 발병되어 면역체계가 무너진 환자에게서도 면역 세포들의 활성을 유도했고, 그 활성으로 HIV를 사멸시키는 것이 확인됐다. 이 결과로 에이즈가 발병된 환자의 면역 체계가 회복되고, HIV를 사멸시킬 수 있을 것으로 보인다.

아울러 면역증강 핵산나노입자는 바이러스 치료를 위한 다양한 면역 활성을 유도하는 것으로 확인돼 HIV뿐 아니라 코로나바이러스에도 효과가 있는 치료제로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 신규 핵산나노입자를 코로나바이러스 백신으로도 개발 가능할 것으로 보고 지속적인 연구를 수행하고 있다.

이번 연구에 제1 저자로 참여한 김해주 부경대학교 박사과정은 “HIV에 대한 항바이러스 치료제로 제한하지 않고, 다양한 바이러스를 대상으로 항바이러스 효과를 나타내는 핵산나노입자를 제조하는 것이 가능할 것으로 기대하고 있다”라며 “이번에 개발한 핵산나노입자가 HIV에 대해 우수한 항바이러스 효과가 있다는 것을 입증했으므로, 세계적으로 큰 이슈인 코로나바이러스 치료 및 예방에 목적을 두고, 이 기술을 활용할 수 있는 방향으로 연구를 진행 중이며 여러 기관과 협력할 계획이다”라고 밝혔다.

 

[바이오타임즈=박세아 기자] news@biotimes.co.kr


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