김주영 연세대 의대 약리학교실 교수(왼쪽부터), 조형주 연세대 세브란스병원 이비인후과 교수, 박준상 홍익대 컴퓨터공학과 교수김주영 연세대 의대 약리학교실 교수, 조형주 연세대 세브란스병원 이비인후과 교수, 박준상 홍익대 컴퓨터공학과 교수팀은 난치성 알레르기성 천식 또는 비부비동염(축농증)의 기존 치료 방법인 주사제의 부작용은 줄이고 환자 편의와 치료 효과는 높일 수 있는 뿌리는 형태의 치료제를 개발했다고 30일 밝혔다.

전 세계 인구의 30%가 앓고 있는 만성 비부비동염은 코막힘, 재채기 등을 일으켜 일상생활의 질을 떨어뜨린다. 전통적으로는 먹는 경구용 약물이나 주사제로 치료했다.

부비동염에는 항생제, 혈관수축제, 스테로이드 제제 등이 쓰인다. 중증 난치성인 경우에는 경구용 스테로이드제제로 염증반응 및 부종을 감소시키게 된다. 하지만 스테로이는 장기 복용 시 약제가 전신에 부작용을 일으킬 수 있고, 주기적으로 맞는 주사(‘듀피젠트프리필드주’(두필루맙) 등 항체치료제)는 환자 불편을 끼칠 수 있다. 듀피젠트는 게다가 분자량이 커서 부비동 등 조직에 침투하는 효율이 떨어지고 호산구증다증(hypereosinophilia)을 초래할 위험을 안고 있다. 

또 듀피젠트의 IgG4 항체 백본은 보체 의존성 표적세포 사멸을 유발하는 능력은 없으면서도, 비록 IgG1보다 훨씬 낮은 수준이지만 여전히 면역세포의 항체 수용체에 결합하는 능력을 보유하고 있기 때문에 면역세포에 의해 원치 않는 표적세포 사멸(무차별적 면역반응)을 유도할 수 있다. 

연구팀은 이를 해결하기 위해 2~4nm(나노미터, 10억분의 1m) 크기의 단백질 치료제 ‘나노바디(nanobody)’에 주목했다. 이때 연구팀은 나노바디가 IL-4Rα(인터루킨-4 수용체 알파)를 표적할 수 있도록 개발했다. IL-4Rα은 면역반응과 염증조절에 관여하는 단백질이다.

연구팀이 개발한 나노바디 치료제는 먹거나 주사하는 기존 치료법과 달리 약물이 염증 부위인 비강표면에 직접 닿아 치료 효과를 높인다. 또 10억분의 1m의 초소형 입자로 이뤄져 염증 부위 침투력이 높다. 이러한 비침습적 특징으로 환자 불편을 최소화할 수 있다.

조형주 교수는 “약을 먹거나 주사를 놓아 치료하는 기존 방법은 각종 부작용, 높은 비용, 환자 불편 등의 측면에서 어려움이 있었다”라며 “염증 부위인 비강에 직접 분무하는 치료제를 만든 이번 연구를 통해 만성비부비동염 등 알레르기성 호흡기질환 치료에 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 생체재료 분야 국제 학술지 ‘머터리얼즈 투데이 바이오’(Materials Today Bio, IF 8.7) 최신호에 실렸다.

이번 연구는 나노바디 발굴팀, in silico 단백결합력 증진팀, 임상연구팀이 협동한 융합형 기초연구실 사업(RS-2023-00220853, 연구책임자 김주영 교수, 한국연구재단 주관) 지원으로 수행됐다.