성균관대학교(총장 유지범)는 이원화 화학과 교수 연구팀이 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수, 융합생명공학과 박우람 교수, 영남대학교병원, 하와이주립대학교와 공동으로 폐 감염 질환 치료의 새로운 해법을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 폐 감염 시 증상을 악화시키는 면역세포의 과도한 반응을 차단하고, 동시에 폐섬유화까지 예방할 수 있는 혁신적인 나노입자 기술이다.
코로나19 회복 후에도 지속되는 만성 염증과 폐섬유화를 일으키는 ‘*코로나 후유증’의 원인이 밝혀지고 있다. 우리 몸의 면역세포인 **호중구가 과도하게 활성화되면서 끈적한 그물 같은 구조물인 '***NET(세포외 덫)'을 형성하는데, 이것이 폐에 쌓여 콜라겐 축적을 가속화하고 후유증을 진행시킨다. 성균관대 공동연구팀은 이 문제에 주목해 NET을 제거하고 호중구의 과활성을 억제하는 새로운 ****나노기술을 개발했다.
▲(위 왼쪽부터) 성균관대 화학과 이원화 교수, 글로벌바이오메디컬공학과박천권 교수,
융합생명공학과 박우람 교수, (아래 왼쪽부터) 성균관대 화학과 이혜진 박사과정생,
김지선 박사과정생, 글로벌바이오메디컬공학과 이나경 박사과정생
* 코로나 후유증: 코로나19 감염 후 지속되는 다양한 증상들(Post-acute Sequelae of SARS-CoV-2 infection)
** 호중구: 세균 감염을 막는 백혈구의 한 종류
*** NET(세포외 덫): 호중구가 세균을 잡기 위해 만드는 그물 구조물(Neutrophil Extracellular Trap)
****나노기술: 10억분의 1미터 크기의 극미세 입자를 이용한 기술
연구팀이 개발한 치료법은 두 단계로 구성된다. 먼저 이미 생성된 NET을 분해하는 약물을 특수 나노입자에 코팅한 'NET 분해 나노입자'를 개발했다. 이 나노입자를 기도 흡입 방식으로 폐에 직접 전달하면 *폐포내 NET을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한 NET 형성 자체를 억제하는 약물을 나노입자에 담고, 호중구만을 정확히 찾아가는 표적 항체를 결합한 다기능성 나노입자를 정맥주사로 투여해 호중구 과활성을 원천 차단하는 순차적 치료 전략을 제시했다.
*폐포: 폐에서 산소와 이산화탄소를 교환하는 작은 공기주머니
폐 염증을 일으킨 실험용 쥐에 개발한 나노입자를 적용한 결과, 치료 효과가 뚜렷하게 나타났다. 이중 나노입자 치료를 받은 쥐들은 폐 조직의 *콜라겐 축적과 **근섬유모세포 활성이 현저히 줄어들었고, 폐의 유연성과 탄성 등 폐 기능 지표가 유의하게 회복되는 것을 확인했다.
* 콜라겐: 피부, 뼈, 연골 등을 구성하는 단백질 섬유
**근섬유모세포: 상처 치유 과정에서 콜라겐을 만드는 세포
치료 메커니즘도 명확히 밝혀졌다. 나노입자 투여 후 호중구 유입과 NET 형성에 관여하는 주요 염증 신호물질들의 수치가 크게 감소했으며, 염증과 섬유화에 관련된 세포 내 신호 전달 과정과 조직 재구성 관련 경로가 억제되어 나노입자가 광범위한 염증·섬유화 반응을 조절하는 것으로 나타났다.
더욱 주목할 점은 실제 코로나19 환자에서 채취한 호중구를 활용한 실험에서도 치료 효과가 입증되었다는 것이다. 이번 치료법은 혈중 세포 파편 물질, NET, 염증 효소 등 모든 염증 지표 수치를 낮추고 호중구 생존율을 개선해 염증 반응을 완화하는 효과를 보였다. 연구팀은 향후 코로나19 감염 모델을 포함한 추가 연구를 통해 나노입자의 안전성과 치료 효능을 본격적으로 검증할 계획이다.
성균관대 이원화 교수는 "이번 연구는 NET 제거와 호중구 과활성 억제를 통해 급성 염증과 만성 섬유화 과정을 동시에 차단하는 나노입자 기반의 이중 치료 전략"이라며 "*폐섬유화증 등 후유증을 선제적으로 막을 수 있는 폐 감염 질환 치료의 새로운 패러다임이 될 수 있다"고 설명했다.
* 폐섬유화증: 폐 조직이 딱딱해져서 호흡 기능이 떨어지는 질환
이 연구는 보건복지부와 한국보건산업진흥원 및 한국연구재단(NRF)의 지원으로 수행되었으며, 생명공학 및 응용미생물학 분야 저명 국제학술지 Journal of Nanobiotechnology에 2025년 5월 26일 게재되었다.
▲ 순차적 나노입자 투여를 기반으로 한 호중구 매개 폐섬유화증 억제 기전
