천식은 호흡곤란, 기침, 폐 기능 저하 등을 유발하는 대표적인 알레르기성 염증 질환이다. 현재 가장 널리 사용되는 천식 치료법은 스테로이드와 같은 전신 면역억제제인데, 장기간 복용하면 감염에 취약해지거나 여러 장기에 부작용이 생길 수 있다.

  부작용 없이 염증을 조절할 수 있는 새로운 치료법 발굴이 절실한 가운데, 최근 국내 연구진이 자체 개발한 나노입자를 통해 특정 면역세포에만 약물을 전달하여 천식을 완화하는 치료법을 확립했다.

울산의대 서울아산병원 미생물학교실 진준오 교수 · 안은경(사진 왼쪽부터) 박사팀은 면역세포인 수지상세포와 대식세포에만 특이적으로 결합해 스테로이드 항염증제인 덱사메타손을 전달하는 하이브리드 나노입자를 개발했다. 이 나노입자를 알레르기성 천식 생쥐에게 투여한 결과, 폐의 염증세포 수가 현저히 줄고 폐 면역환경이 정상화되는 것을 확인했다.

이 나노입자는 특정 면역세포에만 선택적으로 작용하기 때문에 기존 천식 치료에 사용되는 항염제에 비해 전신 부작용이 적다. 스테로이드에 내성이 있거나 장기 복용이 어려운 만성 천식 환자들에게도 정밀 면역치료제로 사용할 수 있어 차세대 치료제가 될 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 나노과학 분야 최고 권위 학술지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano, 피인용지수 16.0)’ 최신호에 게재됐다.

면역조절 나노입자를 기반으로 염증세포를 선택적으로 억제하려는 연구는 최근 들어 활발히 이뤄지고 있다. 특히 면역세포인 수지상세포를 조절함으로써 과도한 면역반응을 낮추고 관용성(면역 무반응 상태)을 유도하는 접근은 알레르기성 염증 조절에서 효과적인 전략으로 주목받고 있다.

연구팀은 수지상세포를 주요 표적으로 설정했다. 이를 위해 톨 유사 수용체 4(이하 TLR4 · 염증반응의 시작점으로써 수지상세포와 대식세포에 발현되는 선천면역 수용체)에 결합하는 MPLA를 표면에 삽입하고, 스테로이드 항염증제인 덱사메타손을 탑재해 하이브리드 나노입자(이하 DM-HNP · Dexamethasone/MPLA-loaded Hybrid Nanoparticle)를 개발했다.

알레르기성 천식 생쥐에게 DM-HNP를 투여한 결과, TLR4를 높게 발현하는 수지상세포와 대식세포에만 선택적으로 결합되는 것을 확인했다. 이후 수지상세포는 면역반응을 억제하고 염증 무반응 상태를 유도하는 관용성 수지상세포로 분화됐다. 대식세포 역시 항염증 작용을 하며 조직 재생, 면역 억제, 조절 T세포(면역 항상성 유지 및 과도한 면역반응 억제) 유도에 관여하는 M2 대식세포로 분화된 모습이 관찰됐다.

관용성 수지상세포와 M2 대식세포 분화가 유도됨에 따라 최종적으로 조절 T세포가 유의미하게 증가한 것으로 확인됐다.

DM-HNP의 면역조절 효과를 검증한 연구팀은 천식 치료 효과를 입증하기 위해 알레르기성 천식 생쥐에게 DM-HNP를 3일간 투여했다. 그 결과 폐의 염증세포 수가 현저히 감소했으며, 폐 조직 병리학 분석에서는 염증 억제와 폐조직 정상화가 명확히 드러난 것을 파악할 수 있었다.

천식 예방효과도 확인했는데, 생쥐에게 알레르기성 천식을 유도하는 과정에서 DM-HNP를 3일간 투여했더니 마찬가지로 폐의 염증세포 감소와 폐조직 염증 억제가 관찰됐다.

진준오 울산의대 서울아산병원 미생물학교실 교수는 “DM-HNP는 수지상세포와 대식세포에 선택적으로 약물을 전달해 면역반응을 하지 않는 관용성 수지상세포와 M2 대식세포를 유도한다. 궁극적으로 조절 T세포를 활성화해 전신적인 염증반응을 억제한다”고 말했다.

“이는 특정 면역세포에 정밀 타겟이 가능하므로 기존 항염증제 대비 용량도 절감되고 전신 부작용도 적다. 향후 알레르기성 천식뿐만 아니라 자가면역질환, 알레르기성 피부질환, 염증성 장질환 등 다양한 염증 질환 치료에 이 치료기술을 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

                                   [그림] 천식 생쥐에서 면역 조절 나노입자(DM-HNP)의 작용 기전