글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 연구팀은 국내 공동 연구팀 (이원화 박사, 한국생명공학연구원; 안준홍 교수, 영남대학교병원; 박희호 교수, 강원대학교; 박우람 교수, 가톨릭대학교)과 함께 코로나19(COVID-19) 및 패혈증(sepsis) 환자의 중증도를 선별할 수 있는 바이오마커를 발견하고, 이를 활용한 나노재료 기반 범용 치료 후보 물질을 개발하였다.

2020년 한국을 포함한 전세계적인 코로나19 유행으로 현재까지 3200만명이 넘는 감염자와 100만명이 넘는 사망자가 발생하고 있다. 코로나19 감염은 과염증 반응을 일으켜 국소 및 전신 조직 손상을 초래할 뿐만 아니라, 경증 호흡기 질환에서 중증 진행성 폐렴, 급성 호흡기 증후군 및 패혈증 같은 합병증을 유발한다. 현재 코로나 바이러스에 대항하는 백신이나 뚜렷한 치료법이 없으며, 중증으로 악화되거나 사망하는 환자들을 예측할 수 있는 바이오마커도 없는 실정이다.

박천권 교수 연구팀은 중증 코로나 환자의 혈액에서 NETosis (네토시스 현상; 비정상적으로 활성화된 호중구로 인한 과염증반응으로 세포가 사멸되는 과정이며, 폐혈증과 같은 여러 합병증을 유발함) 관련 인자들이 정상인과 코로나19 경증 환자에 비해 매우 높게 발현되었음을 발견하였고, 이를 억제할 수 있는 체내 DNase-Ⅰ의 농도가 매우 낮음을 확인하였다. 연구팀은 오징어 먹물의 주성분인 ‘멜라닌’의 우수한 생체적합성과 접착특성에 착안하여 체내에서 장시간 혈중 순환이 가능한 나노입자을 제작하였으며, NETosis의 주성분인 DNA를 분해하는 생체분자DNase-Ⅰ을 멜라닌 나노입자 표면에 접착시켜 NETosis를 억제하고 장기간 치료효과를 보일 수 있는 DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자를 제작하였다.

박천권 교수 연구팀은 DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자가 혈중에서 장시간 약효가 유지됨을 확인하였으며, 또한 중증 코로나 바이러스 환자의 혈액샘플과 패혈증 동물모델에서DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자를 투여하는 것이 DNase-Ⅰ 단독 투여보다 유의미한 차이를 보이며 NETosis를 억제함으로서 과염증 반응을 낮춰 전신 염증을 완화하고 사망률을 낮추는 것을 확인하였다. 이를 통해 DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노입자가 중증 코로나 바이러스 환자의 NETosis 현상을 억제하여 급성 호흡기 증후군, 폐렴, 패혈증으로의 진행을 예방하는데 도움이 되며, 코로나 바이러스 치료에 큰 효과를 보일 수 있다는 점을 밝혔다.

박천권 교수 연구팀은 개발된 DNase-Ⅰ이 코팅된 생체적합성 멜라닌 나노치료제를 코로나 바이러스의 감염 증상을 잠재적으로 치료할 수 나노입자 기반 신약으로 발전시켜 적용하는 것이 향후 계획이라고 밝혔다.  

Published article:
Park, H. H., Park, W., Lee, Y. Y., Kim, H., Seo, H. S., Choi, D. W., Kwon, H.-K., Na, D. H., Kim, T.-H., Choy, Y. B., Ahn, J. H.,* Lee, W.,* Park, C. G.*, Bioinspired DNase-I-coated melanin-like nanospheres for modulation of infection-associated NETosis dysregulation, Advanced Science, accepted, 2020

(그림 1) DNase-Ⅰ이 코팅된 멜라닌 나노입자 제작 및 생체 적용 모식도
(a) 삼중 코팅법에 의해 제작된 DNase-Ⅰ이 코팅된 멜라닌 나노입자 의 구조.
(b) 제작된 DNase-Ⅰ이 코팅된 멜라닌 나노입자가 코로나19 중증 환자의 폐에서 NETosis를 억제시켜 패혈증 진행을 억제하고 코로나19를 치료하는 과정