혈뇌장벽 투과되는 약물전달기술 개발에 성공

포항공대 정성기 교수팀, HIV약물 생쥐의 혈뇌장벽 투과

국내연구진에 의해 혈뇌장벽을 투과할 수 있는 약물전달 기술이 개발됐다.

교육과학기술부는 포항공과대학교 정성기 교수팀이 생체기능조절물질개발사업단과 BK21사업(포항공대 분자과학사업단 주관) 지원으로 혈뇌장벽(Blood-brain barrier: BBB)을 투과할 수 있는 약물전달체를 개발했다고 밝혔다.

정성기 교수팀은 소르비톨이라는 약물전달체를 이용하여 인간면역결핍바이러스(HIV)의 증식을 억제하는 대표적 약물인 AZT (azidothymidine)를 생쥐의 혈뇌장벽을 투과해 뇌조직으로 전달하는 데 성공했다.
이 연구 결과는 영국화학회에서 발간하는 화학분야의 세계적 권위지인 ‘Chemical Communications’의 인터넷판에 게재됐다.

에이즈를 일으키는 병원체로 알려진 인간면역결핍바이러스(HIV) 는 역전사효소(reverse transcriptase)에 의해 인체세포에 편입, 더 많은 HIV를 생산하는 방식으로 증식한다.
따라서, 에이즈 치료는 HIV 역전사효소의 활동을 억제해 증식을 저지시킬 수 있는 뉴클레오시드 역전사효소억제제(NRTI: nucleoside reverse transcriptase inhibitor)라는 약물을 이용한다.

하지만 뇌를 포함한 중추신경계는 그 기능적 중요성 때문에 혈뇌장벽이라는 특수한 보호체계를 가지고 있어서, 해로운 외부 물질들이 뇌에 쉽게 침투를 못할 뿐만 아니라 질병 치료에 유용한 약물성분들도 뇌로 전달되지 못하는 어려움이 있다.

약물치료제가 혈뇌장벽을 통과하기 위해서는 적정의 분자량, 전하, 수용성 및 지용성의 균형 등이 까다롭게 요구되는데 이런 조건들을 충족하는 약물 또는 약물전달체의 디자인과 합성의 어려움이 기술적 난제로 남아있었다는 것.

이번 연구팀의 성과는 이러한 기술적 어려움을 극복하고, 뇌조직에 감염된 에이즈(AIDS)의 치료를 가능케 하는 역전사효소 억제제(NRTI)의 전달기술을 개발한 것이다.
약물전달체와 약물의 고유한 기능을 침해하지 않으면서 두 물질을 결합하는 연결기를 도입해 약물전달체와 AZT를 용이하게 결합했으며, AZT는 피전달체로서 약물전달체의 도움을 얻어 혈뇌장벽을 통과할 수 있었다.

이 결과는 쥐를 이용한 생체 실험을 통해 쥐의 혈뇌장벽을 통과해 뇌조직까지 효율적으로 전달되는 것으로 확인됐다

정성기 교수팀은 이번에 새롭게 개발한 약물전달체 시스템에 기반해 뇌종양, 알츠하이머병, 루게릭병 등 난치성 중추신경계(central nervous system: CNS)질환 치료에 필수적인 약물개발 연구가 향후 더욱 가속화 될 것이라고 전망했다.

<용어>
△혈뇌장벽(Blood-brain barrier)
=혈뇌장벽은 중추신경계에 존재하는 특수한 세포막 구조를 가리키며, 혈관내 내피세포(endothelial cell)들이 밀착결합(tight junction)에 의하여 치밀하게 연결돼 있어서 중추신경계 내로의 물질이동을 제한하고 있다. 신진대사를 위한 물질들은 혈뇌장벽을 통과할 수 있지만 박테리아, 화학물질 같은 유해 가능성이 있는 비천연물질들은 차단되므로 중추신경계가 보호될 수 있다.

△역전사효소(reverse transcriptase)
=역전사효소는 RNA를 주형(template)으로 해 상보적 DNA를 합성하는 효소를 말한다.
이러한 역전사 효소의 활동은 보통의 세포에서 일어나는 유전정보의 흐름(DNA로 부터 RNA의 합성)과 정반대다. 역전사 효소는 유전정보가 RNA의 형태로 보존돼 있는 바이러스에서 대부분 발견되며 HIV가 그 예이다.
인체세포가 HIV에 감염되면, 역전사효소에 의해 바이러스의 RNA을 모델로 해 상보적 DNA가 합성되고, 이 DNA가 숙주세포의 염색체에 편입이 되며 숙주세포는 더 많은 바이러스들을 생산한다.

△약물전달체(Drug delivery vector)
=상당히 많은 수의 높은 생리활성을 가진 약물들, 특히 수용성약품, 단백질의약품, 핵산/유전자 등은 생체막(세포막, BBB-혈뇌장벽, 등)을 잘 통과할 수 없기 때문에 치료제로서 개발되지 못하고 있다. 이러한 약물전달문제는 특히 중추신경계(뇌) 질환치료나 유전자치료 등에서는 심각한 문제로 대두되고 있다.

이 문제를 해결하는 방법의 하나로 'vector-mediated delivery'가 연구되고 있다. 여기의 delivery vector는 전달매개체라고 번역될 수 있고, 그 자체는 생체막을 잘 통과할 수 있는 성질을 지녀야 하지만 어떤 분자구조가 생체막을 잘 통과할 수 있는지에 대한 이해가 부족한 상태이므로, delivery vector로 사용될 수 있는 화합물을 설계하는 것은 어려운 문제로 남아 있다.