파킨슨병 원인 활성산소 '콕 집어' 제거 나노입자 첫 개발

기사입력 : 2018년07월29일 12:00

최종수정 : 2018년07월29일 12:02

IBS, 세포 안팎 활성산소 제거 세리아 나노입자 3종 개발
"활성산소가 일으키는 모든 질병에 치료효과 기대"

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 파킨슨병 주요 원인인 활성산소를 선택적으로 제거하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 현택환 연구단장(서울대 화학생물공학부 교수)팀은 세포의 안팎으로 존재하는 활성산소를 영역별로 제거하는 세리아(산화세륨·CeO2) 나노입자 시스템을 개발, 파킨슨 질병 모델 생쥐에 적용해 치료 효과를 확인하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

이에 따라 이번에 개발된 세리아 나노입자 시스템은 활성산소로 생기는 질병들의 치료법 개발에 광범위하게 활용할 것으로 기대된다.

(그림) 세포 내, 외 및 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자 : a), b), c)는 각각 세포 내(세포질) 표적 세리아 나노입자, 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자, 세포 밖 표적 세리아 나노입자의 구조를 나타낸 그림이다. d)에서와 같이, 세리아 나노입자는 입자 표면에서 Ce3+와 Ce4+산화 상태를 오가면서 재생 가능한 항산화 기능을 한다. e)는 세리아 입자 표면과 입자 크기에 따른 선택적 항산화 기능을 설명하는 그림이다. f)와 같이 연구진이 개발한 세리아 나노입자 시스템은 세포질, 미토콘드리아, 세포 밖 이렇게 3가지 영역에 존재하는 활성산소를 선택적으로 제거할 수 있다. [자료=기초과학연구원]

활성산소는 세포의 생존에 필수적인 요소로, 면역과 신호 전달에 중요하다.

하지만 농도가 지나치게 높아진 활성산소는 우리 몸에 필요한 생체 분자들을 무차별적으로 공격, 우리 몸에 필요한 생체 분자들의 전자를 빼앗아 산화시킨다. 이런 산화 스트레스는 세포를 늙게 하고 죽음에 이르게 한다.

특히 활성산소로 인한 산화 스트레스는 신경 퇴행성 질환인 파킨슨병의 주요 원인 중 하나로 알려져 있다. 세포의 미토콘드리아 또는 세포질 영역에 존재하는 활성산소로 인한 산화 스트레스가 있다. 신경 염증으로 인해 세포 바깥 영역에 생기는 활성산소도 파킨슨 발병에 관여한다.

이렇듯 파킨슨병은 발생 과정이 매우 복잡하다.

하지만 활성산소가 발생하는 위치에 따른 영향을 규명하고 치료제를 개발하는 방법이 맞지만 선택적인 활성산소 제거 기술이 전무했다.

이에 IBS 나노입자연구단은 미토콘드리아, 세포질, 세포 밖 이렇게 3가지 영역에서의 활성산소를 구분, 이들을 각각 제거할 수 있는 세리아 나노입자 구조를 3가지 영역 맞춤형으로 만드는 데 성공했다.

연구진은 세리아 나노입자의 크기와 입자 표면의 전하 성질을 각각 다르게 함으로써 3가지 종류의 나노입자 체계를 완성했다.

크기가 작고(11나노미터, 1나노미터는 10억분의 1미터) 표면이 음전하를 띠는 세포질의 활성산소를 제거하는 세포질 표적 나노입자, 크기가 좀 더 크지만(22나노미터) 표면이 양전하를 띰으로써 미토콘드리아로 이동할 수 있는 미토콘드리아 표적 입자, 크기가 매우 커(400나노미터) 세포 내로 이동하지 못하고 세포 밖 활성산소를 제거하는 클러스터 형태의 나노입자가 그 구성이다.

세리아 나노입자 시스템의 활성산소 제거 효과를 확인하기 위해서는 파킨슨 병 모델 생쥐의 뇌(선조체)에 3가지 종류의 세리아 나노입자를 각각 주입해 치료 효과를 관찰했다.

관찰결과 3종의 세리아 나노입자 중 세포질 및 미토콘드리아 표적 세리아 나노입자들이 뇌염증과 산화 스트레스를 줄임으로써 도파민을 분비하는 신경 세포를 보호, 파킨슨병을 치료할 수 있음을 증명했다.

현택환 IBS 나노입자연구단장은 “이번 결과는 활성산소를 세포 내, 외 및 미토콘드리아에서 선택적으로 제거하는 기술을 최초로 개발 했을 뿐만 아니라 이들의 파킨슨 치료 효과와 발병 원인 규명, 나노입자의 새로운 의학적 적용을 보여준 사례”라고 말했다.

이번 연구결과는 독일 응용화학회지(Angewandte Chemie International Edition) 6월22일자 온라인판에 게재됐다.

◆ 연구자들이 직접 전하는 연구이야기

기초과학연구원(IBS) 현택환(왼쪽) 나노입자연구단장과 권혁진(가운데), 김도균(왼쪽) 연구원 [사진=기초과학연구원]

- 어려웠던 점은.

▲ 세포 밖에서 활성산소를 제거 하는 나노입자를 디자인하는 데 어려움이 있었다. 세포 밖에 존재 하려면 나노입자의 코어 크기가 200 나노미터(nm) 이상이 되어야 하는데 세리아 나노입자를 그 정도 크기로 만들면 표면적이 줄어들어서 활성산소를 제거 하는 기능이 재활용 되지 못 한다. 고심 끝에 3 nm 세리아 나노입자를 수십 만개를 클러스터 형태로 결합시키면 가능하겠다는 생각이 들었다. 그 결과 항산화 기능이 재활용 되는 세리아 클러스터를 개발했다.

- 이번 연구성과는 무엇이고 다른 연구와의 차별점은.

▲이번 연구결과는 활성산소를 세포의 위치에 따라 그 기능이 다를 것이라고 바라 본 과학적 시점 그 자체가 큰 성과이고 차별점이다. 지금까지 이런 관점에서 진행된 연구는 없었다. 이런 독창성과 성과를 인정받아 '독일 응용화학회지(Angewandte chemie)'에 투고한 지 최단 기간 2주 만에 곧 바로 상위 10% 이내 'Hot paper'로 게재 승인이 되는 진기록을 세웠다. 이번 연구진에 누적된 나노 기술을 바탕으로 개발된 세리아 나노입자 미토콘드리아 표적 나노입자, 세리아 나노입자 클러스터가 각각 세포 내, 외, 미토콘드리아 내의 활성산소를 선택적으로 제거가 가능함에 따라 파킨슨 질병의 발병에 세포 내 미토콘드리아 내 활성산소가 중요하다는 것을 밝혔다. 이 시스템은 활성산소가 발병에 관여하는 모든 질병들에 모두 유효할 것이라고 기대한다.

- 향후 연구계획은

▲ 활성산소를 선택적으로 제거 하는 세리아 나노입자 시스템은 세리아 나노입자를 선택적으로 세포의 특정 위치로 존재하게 하는 기술에 기초로 한다. 이 시스템을 이용해 세포 특정 위치로 항암제나 항산화제를 전달하는 연구와 특정 항산화 기능을 짧은 시간에 증폭시키는 기능을 추가해 세포에 적용하는 연구를 할 계획이다. 이 연구는 항암제와 치매 치료제 개발에 더욱 더 효과를 보일 것으로 예상한다.

kimys@newspim.com

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'갑질 의혹' 강선우 살린 까닭 [서울=뉴스핌] 이재창 정치전문기자 = 이재명 대통령이 20일 이진숙 교육부 장관 후보자에 대한 지명을 철회하고 강선우 여성가족부 장관 후보자는 살리기로 했다. 장관 후보자들에 대한 도덕성 논란이 심각한 상황에서 낙마자 없이 넘어갈 수는 없다는 판단에 따라 상징적인 낙마자로 이 후보자를 선택한 것이다. 야당이 강력히 요구한 두 명 중 한 명을 낙마시킴으로써 야당의 체면을 세워주는 모양새를 취하는 동시에 독주한다는 부정적 이미지를 피하려 한 것이다. 이 대통령 입장에서는 이 후보자 낙마가 측근인 강 후보자에 비해 부담이 상대적으로 덜했다. 강 후보자가 낙마할 경우 현역 의원 낙마 1호라는 불명예를 안게 돼 의원직을 수행하기도 여의치 않은 상황이었다. 이 후보자 낙마로 강 후보자를 구제한 것이다. [서울=뉴스핌] 이길동 기자 =강선우 여성가족부 장관 후보자가 26일 서울 종로구 수송동에 마련된 마련된 인사청문회 준비 사무실로 출근하며 취재진의 질문에 답하고 있다.2025.06.26 gdlee@newspim.com 이 대통령과 여권 핵심은 지난주 이미 한 명 낙마 쪽으로 가닥을 잡았다. 우상호 정무수석이 "일부 후보자의 경우 청문회 이후에도 논란이 계속돼 여론이 악화하고 있다"고 말했다. 낙마를 사실상 기정사실화한 것이다. 특히 주말 여야 원내대표를 만나 의견을 구한 것은 최소한 한 명의 낙마를 전제로 한 것이었다. 야당 대표까지 만나고 모든 후보자를 밀어붙일 경우 독주한다는 비판을 피하기 어렵기 때문이다. 더불어민주당이 주장한 낙마자 제로는 이 대통령의 결단을 부각하기 위한 전술이었다. '낙마자는 없다'는 여당의 강경론에도 이 대통령이 지명 철회를 요구하는 야당과 민심을 수용하는 모양을 취할 수 있도록 한 것이다. 자진 사퇴가 아니라 지명 철회라는 강수는 야당의 요구를 수용하는 모양을 취한 것이다. [서울=뉴스핌] 정일구 기자 = 이진숙 부총리 겸 교육부 장관 후보자가 16일 오전 서울 여의도 국회 교육위원회에서 열린 인사청문회에서 모두발언을 하고 있다. 2025.07.16 mironj19@newspim.com 관심은 낙마자가 한 명이냐, 아니면 두 명이냐였다. 두 후보자 모두 낙마 1순위였다. 한 명을 살리기 어려울 정도로 막상막하였다. 논문 표절과 자녀 불법 조기 유학 의혹이 불거진 데다 전문성도 결여돼 있다는 지적을 받은 이 후보자의 낙마는 사실상 결정된 상태였다. 여기에 강 후보자까지 포함시킬지 여부가 초미의 관심사였다. 파상 공세를 취하는 야당이 문제가 아니었다. 두 후보자에 대해 진보색이 강한 시민 단체마저 낙마를 요구했다. 여론을 중시하는 이 대통령 입장에서는 곤혹스러운 상황이 아닐 수 없었다. 자칫 지지 세력이 등을 돌릴 수 있어서다. 이런 상황에서 이 후보자 낙마와 강 후보자 구제는 여당 기류에서 그대로 나타났다. 대통령실 주변에서 "이 후보자는 외부에서 추천했다"는 얘기가 흘러나온 것은 낙마자가 나올 경우 1순위는 이 후보자가 될 수 있음을 강하게 시사한 것이다. 낙마하더라도 부담이 덜할 수 있다는 의미로 받아들여진 것이다. 당 분위기는 더 노골적이었다. 강 후보자에 대해서는 입단속이 이뤄진 것으로 알려졌으나 이 후보자에 대해서는 특별한 지침이 없었다고 한다. 이를 반영하듯 강 후보자에 대해서는 지난주 중반까지 여론이 싸늘했지만 그 이후 당 주변에서는 더 이상 얘기가 나오지 않았다. 이 후보자에 대해서는 달랐다. 김상욱 의원에 이어 강득구 의원이 공개적으로 이 후보자를 비판하며 거취를 거론했다. 강 의원은 "연구 윤리 위반, 반민주적 행정 이력, 전문성 부족 등은 결코 가볍게 넘길 수 없는 중대 결격 사유"라고 말했다. 이 후보자 낙마로 분위기를 몰아가는 듯했다. 이 후보자는 논문 표절 문제가 컸지만 이재명 정부가 전면에 내세운 유능함도 보여주지 못한 게 결정적이었다. 여권이 갑질 논란이 심했던 강 후보자를 감싼 논리가 유능함이었다. 청문회 과정에서 유보 통합 등 교육 정책과 관련된 기본적인 사항조차 숙지하지 못해 전문성에 심각한 의구심이 제기됐다. 여당 의원들조차 "어떻게 그런 것도 대답을 하지 못하느냐"는 비판이 나올 정도였다. 우상호 대통령실 정무수석은 이날 오후 용산 대통령실에서 브리핑을 통해 인사청문회를 거쳤지만 임명이 안 된 11명의 장관 후보자 중 지명 철회는 이 후보자 한 명이라는 점을 분명히 해 강 후보자는 임명 절차를 밟을 것임을 시사했다. 강 후보자의 인사청문경과보고서가 채택되지 않은 상태에서 임명을 강행하려면 절차상 국회에 보고서 재송부를 요청해야 하는 만큼 이 대통령은 이른 시일 내에 관련 조치에 나설 것으로 보인다. 이 대통령이 강 후보자를 임명한다고 해도 부담은 남는다. 강 후보자의 사퇴를 요구한 상당수 민주당 보좌진들과 정서적으로 등을 지게 될 수밖에 없다. 강 후보자 사퇴를 요구한 시민단체의 입장도 부담이다. 야당은 여론을 돌리기 위한 파상 공세에 나서고 있다. 강 후보자도 갑질 장관이라는 낙인이 찍힌 상태에서 업무를 제대로 수행할 수 있을지도 의문이다. 향후 여론 추이에 관심이 쏠리는 이유다. leejc@newspim.com 2025-07-21 06:45