▲ 세포 및 생쥐모델에서 표면 개질된 엑소좀의 대식세포 분극화 및 류마티스 관절염 치료효능 / A. 표면 개질된 표적형 엑소좀이 생쥐의 전신에 투여되면 류마티스 관절염 부위에 선택적으로 축적됨. 이후 개질된 엑소좀의 생리활성물질이 염증성 대식세포를 항염증성 대식세포로 분극화시켜, 전체적인 류마티스 관절염 부위의 미세환경을 조절함. B. 세포실험을 통한 대식세포 분극화 평가: 개질된 엑소좀은 효과적으로 염증성 대식 세포를 항염증성 대식세포로 분극화 시킴. C. 동물모델을 이용한 류마티스 관절염 치료효능 평가: 개질된 엑소좀이 투여된 생쥐는 기존 엑소좀에 비해 현저히 낮은 류마티스 관절염 수치를 나타냄. 특히 개질된 엑소좀은 10분의 1 용량으로 기존 엑소좀과 유사한 수준의 류마티스 관절염 수치 저하를 나타냄. 그림설명 및 그림 제공: 성균관대 박재형 교수  © 특허뉴스

류마티스 관절염의 염증성 관절 부위를 찾아가 염증성 대식세포를 항염증성으로 바꿔주는 표적형 엑소좀이 소개됐다.

한국연구재단은 성균관대학교 박재형 교수 연구팀이 체내를 순환하면서 염증이 있는 관절부위에 선택적으로 축적된 후, 염증성 대식세포를 항염증 타입으로 재편하는 표적형 줄기세포 엑소좀을 제안했다고 6일 밝혔다.

참고로, 염증성 대식세포는 염증을 유발하는 대식세포로 M1 대식세포라고도 불리며, 류마티스 관절염의 악화에 주요한 원인을 제공한다.

세포 밖으로 분비되는 작은 주머니, 엑소좀에는 DNA와 단백질은 물론 마이크로 RNA 등 여러 생체물질이 다량 함유되어 우리 몸의 다양한 생리현상에 관여한다.

특히 줄기세포 엑소좀은 염증성 대식세포를 항염증성으로 바꿔줄 수 있다고 알려졌지만 체내에서 빨리 분해되어 사라지는 데다 염증부위가 아닌 간에 주로 축적되어 효과가 제한적이었다.

▲ 당대사공학 및 클릭화학 기반의 엑소좀 표면개질 / 염증성 대식세포를 표적할 수 있는 기능성 작용기(덱스트란 설페이트)를 세포 표면에 도입할 수 있도록 줄기세포를 개질. 이로부터 표면 개질된 엑소좀을 추출하였음. 엑소좀 표면개질 이후 추가 정제 과정이 필요 없음. 그림설명 및 그림 제공: 성균관대 박재형 교수  © 특허뉴스

이에 연구팀은 줄기세포 엑소좀이 염증이 있는 관절 부위를 표적할 수 있도록 표면개질을 시도했다.

염증부위에 존재하는 염증성 대식세포 표면에 많이 생성되는 수용체(SR-A 수용체)와 결합할 수 있는 덱스트란 설페이트(설페이트기를 가지고 있는 덱스트란 기반의 다당류)가 줄기세포 엑소좀 표면에 도입될 수 있도록 한 것이다.

나아가 표적성 부여를 위한 화학 반응기를 세포 표면의 당 단백질에 도입할 수 있는 기술인 당대사공학 및 아지드(azide)기와 알킨(alkyne)기가 구리 촉매 없이 특이적으로 반응하는 생물직교성 무동 클릭화학 기반의 세포 표면개질이 엑소좀 내부의 생체물질에는 영향을 미치지 않았다는 설명이다.

실제 정맥주사를 통해 생쥐에 이렇게 만들어진 줄기세포 엑소좀을 투여하자 염증이 있는 부위에 엑소좀이 상대적으로 집중되어 축적되는 것을 광학영상장치를 통해 확인할 수 있었다.

특히 염증부위에 표면개질 엑소좀이 축적된 생쥐의 경우 대조군에 비해 관절염 수치가 현저하게 낮아진 것으로 나타났다. 기존 엑소좀 대비 10분의 1 용량에도 비슷한 정도의 관절염 수치를 보였다.

한편 연구팀은 이같은 엑소좀의 염증완화가 특정 마이크로 RNA (let-7b-5p 및 miR-24-3p) 때문임을 알아냈다.

당대사공학 및 클릭화학 기술로 엑소좀 고유기능에는 영향을 주지 않으면서 관절염 부위에 대한 표적 지향성을 부여한 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구) 등의 지원으로 수행되었고 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 6월 2일 게재되었다.