김한영 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 교수(교신저자), 권준 석사과정생(이하 제1저자), 손희수 미국 하버드대 박사팀이 인간 적혈구 세포막을 기반으로 비장을 표적하는 생체모사 나노면역치료 플랫폼을 개발했다.

단순 약물 전달을 넘어 면역기관을 직접 표적하는 정밀 면역조절 전략을 제시한 것으로, 향후 염증성장질환은 물론 류마티스관절염, 다발성경화증 등 다양한 만성 염증질환으로의 확장 가능성이 기대된다.

염증성 장질환은 장에 국한된 염증으로 인식되기 쉽지만, 실제로는 비장과 같은 2차 림프기관에 염증성 면역세포가 축적되며 비장 비대와 전신 면역 불균형을 동반한다. 그러나 기존 치료제는 전신 면역을 광범위하게 억제해 감염 위험이나 장기 독성과 같은 부작용이 한계로 지적돼 왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 노화되거나 손상된 적혈구가 비장에서 면역세포에 의해 자연스럽게 제거되는 생리적 경로인 ‘적혈구 탐식작용(erythrophagocytosis)’에 주목했다. 

연구팀이 인간 적혈구 세포막을 지질나노입자와 융합해 제작한 하이브리드 나노전달체는 정맥 투여 후 비장에 우선적으로 축적되며, 비장 내 대식세포와 수지상세포(염증반응을 초래하는 면역세포)에 의해 섭취되는 특성을 보였다. 특히 전달체 내부에 탑재된 면역조절 약물 라파마이신은 염증성 면역세포를 항염증성 면역세포(M2 대식세포, 조절 T세포)로 전환시켜, 비장에서 시작되는 전신 면역 재프로그래밍을 유도하는 것으로 나타났다.

염증성장질환 동물모델을 대상으로 실험한 결과, 이 플랫폼은 비장 비대를 현저히 완화하고 장 조직 내 염증성 면역세포 침윤을 억제했으며, 손상된 장 상피 구조와 장벽 기능 회복에도 효과를 보였다. 또 간과 신장 등 주요 장기에 대한 독성 없이 우수한 생체적합성을 확인했다. 

권준 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 석사과정생(왼쪽부터), 손희수 미국 하버드대 의대 박사, 김한영 바이오메디컬화학공학과 교수 김한영 교수는 “이번 기술은 환자에서 채혈한 적혈구를 활용해 지질나노입자와 융합한 나노전달체를 제작한 뒤 이를 체내로 투여하는 임상 적용을 고려한 공정 구조를 기반으로 한다”며 “자가 유래 적혈구를 이용한 환자 맞춤형 정밀 면역치료로 발전할 수 있을 뿐만 아니라, 이미 임상에서 활용 중인 지질나노입자 플랫폼과의 결합을 통해 대량 생산과 임상 전환 가능성도 높다”고 설명했다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야의 세계 권위 학술지 ‘Advanced Functional Materials’(IF=19.00)에 지난 12일 온라인 게재됐다.