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콜로라도 암 연구 대학(University of Colorado Cancer Study)과 더럼 대학(Durham University)의 연구진은 나노입자가 보체계(complement system)를 어떻게 활성화시키는지에 대한 연구를 수행했다. 의사들은 종양을 표적하고 MRI, PET, CT 스캔을 이용해서 이미징을 향상시키는데 나노입자를 활용할 수 있다. 그러나 나노입자들은 많은 경우에 병원체처럼 보인다. 그래서 인체에 도입되는 나노입자들은 면역 시스템 활성화를 이끌고, 목적을 달성하기 전에 제거되고, 최악의 경우에 위험한 알레르기 반응을 발생시킬 수 있다. 이번 연구진은 면역 시스템이 나노입자를 어떻게 인식하는지를 설명했고, 이것은 이런 검출을 피하는 방법 개발에 새로운 길을 열어 줄 수 있을 것이다. 이번 연구진은 텍스트란(dextran)이 코팅된 철 산화물 나노입자를 사용했다. 이 나노입자는 약물 전달체와 MRI 조영제로서 사용되는 유망한 입자들이다. 입자들이 유충처럼 보이는지를 확인하기 위해서 몇 가지의 정교한 현미경 측정 방법을 사용했다. 측정한 결과, 산화철 입자들은 애벌레 몸체처럼 텍스트란의 미세한 털로 둘러싸여 있었다. 덱스트란으로 코팅된 철 산화물 나노입자가 유충이라면, 면역 시스템은 그들을 먹는 뚱뚱한 까마귀이다. 실제로 면역 시스템은 이런 목적을 위해서 진화되었고, 외부 입자들을 발견하면 먹는다. 전체 보체계 활성은 C3 전환효소(C3-convertase)의 조립으로 시작되었다. 이번 연구진은 보체 단백질이 나노입자 표면을 어떻게 인식하는지를 조사했다. 또한 이 전체 반응이 어떻게 유발되는지도 조사했다. 첫 번째로, 인간 보체 공격으로부터 나노입자를 보호하는 텍스트란 코팅이 이 역할을 제대로 하지 못한다는 것을 확인했다. 이번 연구진은 보체 단백질이 텍스트란 배리어를 침범할 수 있다는 것을 확인했다. 전자 현미경을 이용한 관찰 결과, 보체 단백질이 철 산화물 코어에 접근한다는 것을 알 수 있었다. 나노입자 코팅은 나노입자가 혈액 속의 단백질을 흡수하게 만들고, C3 전환효소가 조립되어서 이런 단백질 위에 활성화된다. 코팅의 조성은 상관이 없었다. 혈액 단백질이 나노입자와 결합될 수 있다면, 보체 활성화를 언제나 발생시켰다. 이 연구는 나노입자에 의한 보체계 활성화를 피할 수 있는 3 가지 방법을 제시했다. 첫 번째 방법은 단백질이 흡수될 수 없도록 나노입자 코팅을 변화시키는 것이다. 두 번째는 입자 표면 위에 흡수되는 단백질의 조성을 더 잘 이해하는 것이다. 세 번째는 보체계 활성을 억제할 수 있는 천연 억제제를 투입하는 것이다. 나노의학의 개념은 간단한 것처럼 보이지만, 복잡하다. 과학자들은 종양 조직에 친화성을 가진 나노입자를 만들어서 이것에 약물 분자를 결합시킨 후에 종양 조직으로 주입하면 된다고 생각한다. 그러나 나노입자들은 인간 면역계를 통과하는 것이 쉽지 않다. 그래서 이런 메커니즘을 더 잘 이해하기 위한 임상 연구가 절실하게 필요하다. 이 연구결과는 저널 Nature Nanotechnology에 ldquo;Complement proteins bind to nanoparticle protein corona and undergo dynamic exchange in vivo rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/nnano.2016.269). |
