이승훈 서울대병원 신경과 교수(공동 제1저자 강동완)와 현택환 서울대 화학생물공학부 교수(기초과학연구원 나노입자연구단장)팀은 우수한 항산화·항염증 효과로 패혈증 생존율을 향상시키는 나노입자를 개발했다고 18일 밝혔다.
 
패혈증은 세균이나 바이러스에 감염된 후 과도한 면역반응으로 치명적인 장기 손상이 발생하는 질환이다. 폐렴이나 요로감염 등 감염이 초기에 조절되지 않거나 신체 면역력이 저하된 노인에서 발생 가능성이 높다. 전세계적으로 매년 약 3150만명의 패혈증 환자가 발생하고 그 중 530만 명이 사망한다. 국내 유병률은 인구 10만명당 347명으로 사망률이 31%에 달한다. 뇌졸중이나 심근경색보다 더 흔하고 심각한 질환이다. 
 
패혈증 사망률이 높은 이유는 근본적인 치료제가 없기 때문이다. 한 번 발생하면 신체의 과도한 면역반응으로 혈압저하, 급성신부전, 혈액응고장애 같은 장기부전 증상이 시작된다. 증상 억제를 위해 수액공급, 혈압유지, 수혈, 혈액투석 등 보존적 치료가 필요하다. 감염원과 상관없이 신체의 과도한 면역반응 자체가 문제여서 항생제는 효과가 없다. 최근 발전한 중환자의학이 패혈증 사망률 감소에 기여했지만 치료비 부담이 크고 1·2차 의료기관에서는 치료가 쉽지 않다.
 
연구팀은 패혈증 초기에 과도하게 발생하는 활성산소가 증상 악화의 주요인이라는 점에 주목했다. 이 교수팀은 2012년부터 항산화효과가 있는 세리아 나노입자를 뇌경색·뇌출혈 동물실험에 적용해 치료효과를 입증한 바 있다. 이번 연구에선 나노입자의 생체 독성을 최소화하고 효과를 극대화하기 위한 방법을 고안했다.

세리아(세륨산화물) 나노입자가 지르코늄 이온(Zr4+)과 결합하면 활성산소를 제거하는 세륨 3가 이온(Ce3+) 비율이 높아지고 유지력은 길어진다. 세리아·지르코니아(지르코늄산화물)를 7대3의 비율(Ce0.7Zr0.3O2)로 합성할 때 세포 내 활성산소 제거 및 염증 완화 효과가 최고치를 기록했다.
또 세리아·지르코니아 나노입자는 체내에 단 한번만 주입하면 반영구적인 항산화 작용을 나타냈다. 이를 패혈증 동물모델에 적용한 결과 손상된 장기 주변으로 나노입자가 다량 유입되면서 염증 반응을 억제, 생존율이 2.5배 높아졌다.

이승훈 교수는 “나노기술을 의학 발전에 활용하려면 각 분야 간 의사소통이 필수”라며 “강력한 항산화·항염증 효과를 보이는 세리아·지르코니아 나노입자가 패혈증 시술과 치료에 활용되길 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 보건복지부·한국보건산업진흥원 질환극복기술개발사업(질병중심 중개 중점연구), 미래창조과학부 기초연구사업, 기초과학연구원 나노입자연구단의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구 결과는 지난 5일 화학 분야 최고 권위의 논문 ‘앙게반테케미(Angewandte Chemie International Edition)’ 온라인판에 게재됐고, 중요성을 인정받아 속표지(Inside Cover) 논문과 ‘가장 주목받는 논문(Hot  Paper)’으로 선정됐다.