광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 류동렬 의생명공학과 교수와 신미경 성균관대학교 글로벌바이오메디컬공학과 교수팀이 공동으로 심근경색으로 손상된 심장에 세포의 에너지 대사를 회복시키는 물질을 직접 전달하는 주사형 하이드로젤 '아이엔젤(iANgel)'을 개발했다고 10일 밝혔다.
심근경색이 발생하면 심장 근육에 혈액과 산소 공급이 줄어들면서 세포의 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아 기능이 저하된다. 이 과정에서 염증과 산화 스트레스가 증가하고 심장 조직의 손상이 심해질 수 있다.
연구팀은 이러한 손상을 줄이기 위해 세포가 에너지를 만들고 손상에 대응하는 데 필요한 생체 내 핵심 성분인 조효소 'NAD⁺(니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드)'에 주목했다. NAD⁺는 심근경색 발생 후 심장 조직에서 급격히 감소하며, 이를 보충하면 손상된 심장 세포의 기능 회복을 도울 수 있다.
연구팀은 체내에서 NAD⁺로 바뀌어 세포의 에너지 대사에 활용되는 니코틴아마이드 리보사이드(NR)'을 탑재한 주사형 하이드로젤 아이엔젤을 개발했다. 손상된 심장 조직에 직접 주입할 수 있고, 심장 표면에도 부착해 NR을 서서히 방출하도록 설계했다. 치료 물질을 필요한 부위에 집중적으로 전달하고 지속적으로 공급할 수 있도록 한 것이다.
아이엔젤은 주사로 투여할 수 있을 뿐 아니라 끊임없이 움직이는 심장 표면에도 안정적으로 부착되는 것이 특징이다. 연구팀은 약물을 붙잡아 서서히 방출하는 소재와 심장 조직에 잘 달라붙는 소재를 결합해 이러한 특성을 구현했다.
심근경색을 유도한 생쥐 모델에서 아이엔젤의 치료 효과를 확인했다. 아이엔젤을 투여한 생쥐에서는 심장 조직의 NAD⁺ 수치가 회복되고 심장 수축 기능과 혈액을 내보내는 기능이 개선됐다.
특히 심장 근육에 직접 주사하고 심장 표면에도 부착하는 방식을 병행했을 때 효과가 가장 두드러졌다. 반면 NR을 복강에 주사해 전신에 투여한 그룹에서는 같은 수준의 개선 효과가 나타나지 않았다. 심장 초음파 검사에서는 심장이 혈액을 내보내는 능력을 나타내는 박출률과 수축 기능이 개선됐으며, 심전도 검사에서도 심근경색으로 인한 전기적 신호의 이상이 완화됐다. 심장 조직의 염증과 섬유화, 손상도 줄어드는 것으로 확인됐다.
28일간 추적 관찰한 결과에서도 심장 수축 기능과 심전도상의 개선 효과가 유지됐다. 이는 아이엔젤의 초기 치료 효과가 심근경색 이후 심장 조직이 회복·재구성되는 과정에서도 이어질 수 있음을 보여준다.
이번 연구는 치료 물질을 심장에 직접 전달하는 기술과 세포의 에너지 대사를 회복시키는 접근을 결합해 심근경색으로 인한 심장 손상을 줄일 수 있는 가능성을 제시했다.
전남광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
