골관절염 치료에 특효약이 될 수 있는, 치료용 약물을 탑재한 고분자 젤이 미국의 한국계 여성 과학자가 낀 연구팀에 의해 개발됐다.
미국 뉴욕대 공대·의대 연구팀은 치료용 약물을 염증이 있는 관절 부위에 전달, 외상 후 골관절염의 발병 및 진행을 중단시키는 분자 매개체와 치료용 약물을 모두 개발했다고 밝혔다.
연구의 책임 저자인 진 킴 몽클레어 뉴욕대 공대 교수(화학·생체분자 공학)는 1세대 이민자인 한국계 과학자다.
연구팀에 의하면 골관절염은 미국인 3200만 명 이상에 영향을 미치고, 직접 의료비만도 연간 30억 달러(약 3조 6000억원) 이상이 든다. 게다가 심장병에 걸릴 위험을 크게 높인다.
골관절염 가운데 약 10%를 차지하는 ‘외상 후 골관절염’(PTOA)은 관절 연골이 손상돼 발생한다. 환자의 대부분은 미군 등 부상한 군인들이다.
하지만 이 PTOA의 질병 진행을 늦추거나 멈추게 하는 뾰쪽한 약물 치료제는 없었다. 치료제라고는 통증을 줄일 수 있는 진통제뿐이다.
이번에 연구팀이 개발한 복합체(치료용 약물)는 관절 공간에 다다른 뒤 그곳에 남아 최적의 생체역학적·생화학적 환경을 제공, 염증 반응과 이화반응(분해 작용)을 억제하고 연골 재생을 촉진한다.
재조합 단백질 블록 중합체(폴리머)로 이뤄진 이 복합체는 엘라스틴 유사 폴리펩타이드(E)가 5개 반복되며, 연골 올리고머 기질 단백질(C)의 또꼬인나선(coiled-coil) 도메인 하나로 구성된다. 그 때문에 ‘E5C’로 표기한다.
이 복합체는 생리학적 온도에서 다공성 네트워크 젤을 형성할 수 있기 때문에, 주사 가능한 생체재료(Biomaterials)의 우수한 후보다.
연구팀은 단백질 젤(E5C)과 항염증 성장인자인 프로그래뉼린(Progranulin)이라는 단백질의 조작된 유도체인 앳스트린(Atsttrin)을 결합하면 PTOA 발병 및 진행을 막을 수 있는 독특한 생체역학적·생화학적 환경이 조성된다는 사실을 밝혀냈다.
이는 단백질 젤(E5C)이 앳스트린을 장기간 방출하고 연골세포 이화반응을 억누르면서, 시험관 내에서 동화작용 신호를 촉진할 수 있다는 뜻이다.
연구의 주요 저자인 프리야 카티알 연구원(포스트닥)은 앳스트린이 탑재된 단백질 젤(E5C)을 예방 및 치료용으로 쓰면 PTOA 발병 및 진행을 막을 수 있다는 생체 내 증거를 보여줬다.
몽클레어 교수는 “이번에 외상 후 골관절염 치료제로, 프로그래뉼린 유도체인 앳스트린을 최소 침습적이고(가급적 몸에 칼을 대지 않고) 지속적으로 전달할 수 있는 독특한 단백질 기반 젤을 개발한 것”이라고 설명했다.
그녀는 또 단백질 젤(E5C)이 합성한 게 아니라 단백질 기반이어서, 사람의 연골세포에 세포 독성을 일으키지 않고, 내약성이 좋을 가능성이 크고, 몇 주 내에 생분해된다고 말했다. 단백질 기반이라는 것은 천연 연골 성분으로 이뤄져 있다는 뜻이다.
연구팀은 예방 연구와 치료 연구의 설계에 대해 모두 같은 단일 약물 농도, 단일 주사 치료 전략을 이용했으며, 앳스트린이 탑재된 단백질 젤(E5C)의 치료 효능이 약한 편이라고 밝혔다. 이 때문에 투여의 최적화를 위한 후속 연구를 진행 중이다.
이 연구 결과(Injectable recombinant block polymer gel for sustained delivery of therapeutic protein in post-traumatic osteoarthritis)는 엘스비어 출판사가 발행하는 동료 검토 저널 ≪바이오머티리얼즈(Biomaterials)≫에 실렸고 미국 건강의학 매체 ‘메디컬 익스프레스(MedixalXpress)’가 소개했다.