아직까지 관절염은 뾰족한 치료법이 없다. 그러나 최근 나노기술을 이용한 약물송달법이 제안되어 기존 약물의 치료효과가 높아질 수 있을 것으로 기대된다.
관절염은 직접적인 관절손상 또는 기저질환에 의한 관절손상에서 시작될 수도 있으나 많은 경우 오랜 사용에 의한 마모로 나타나는 퇴행성 질환이다. 현재의 의료기술에서는 퇴행성 질환의 치료법은 없으며 약물로 통증을 조절하는 수준이다.
전반적인 비만인구가 늘고 노인 비율이 증가함에 따라 관절염 유병률은 점차 증가하고 있다. 또한 관절염의 ‘통증’이라는 주요 증상을 조절하기 위해 마약류 진통제를 많이 사용하기 때문에 “마약중독 위기(opioid addiction crisis)”를 가속화하기도 한다.
최근 MIT (Massachusetts Institute of Technology) 연구진은 나노기술을 이용하여 약물전달률을 높임으로써 치료효과를 증대시킬 수 있다는 결과를 최근
Translational Medicine 에 게재하였다.
■ 지난 약물송달시스템의 한계
수년간 전세계적으로 연구가 이루어진 관절염 시험약물들은 많다. 그 중 일부는 동물실험에서는 효과가 나타났지만 임상시험에서 벽에 부딪혔다. 이번 연구의 저자는 약물전달률이 좋지 못했던 점이 원인이라며 관절의 특수성을 두 가지로 설명했다. 첫째, 관절은 혈류가 흐르지 않기 때문에 약물을 관절에 직접 주사해야 한다. 둘째, 관절의 림프배출(lymphatic drainage)은 주사 된 약물을 제거한다.
연구진은 이와 같은 점을 고려하여 약물의 침투력을 높여 직접적으로 전달되고 그 효과가 오래 유지될 수 있는 방법을 탐구하였다. 시험약물로 여러 임상시험에서 효과가 확인되었던 IGF-1 (insulin-like growth factor 1)을 이용하였다. IGF-1은 연골세포의 성장과 유지를 돕는 기능을 한다.
■ 구 모양의 운반체를 이용하다
연구진은 IGF-1의 운반체를 나노단위의 분자로 설계하였는데 중심핵에서 유래하는 ‘덴드리머(dendrimer)’라는 많은 가지로 구성하였다. 각각의 가지는 양전하를 띠기 때문에 연골세포 표면의 음전하에 끌리게 된다. 이 때 운반체의 표면은 고정되지 않은 중합체 팔(swinging polymer arm)로 표면을 둘러쌓았기 때문에 간헐적으로 양전하가 가려져 중성을 띠게 된다.
운반체는 인체에 삽입된 후, 연골에 결합하기 때문에 림프배출 과정에서도 제거되지 않고 조직에 퍼져나갈 수 있다.
한편, 연골세포와 영구적으로 결합하는 것이 아니기 때문에 연골 표면에 고정되지 않는다. 유연성있는 중합체 팔로 인해 운반체는 종종 중성을 띠게 되어 조직 깊숙히 침투할 수 있다. 수석 저자인 Brett Geiger 박사는 “운반체가 조직과 결합하고 때로는 탈착하여 조직에 더 깊이 침투할 수 있는 최적의 전하 범위를 찾았다”고 말했다.
연골세포에 주사된 IGF-1은 프로테오글리칸 또는 연골 원료물질의 방출을 유도한다. 또한 연골세포의 성장은 촉진하고 사멸은 감소시킨다.
■ 치료범위 확장
연구진이 운반체를 실험용 래트(rat)에 관절주사한 결과, 반감기는 4일로 나타났는데 이는 IGF-1 단독주사보다 10배 늘어난 기간이다. 효과는 30일간 지속되었다.
약물을 주사하지 않은 래트와 비교하였을 때, 관절손상과 염증반응이 감소하였다.
래트의 연골은 1 ㎛로서 1 ㎜인 사람의 연골에 비해 훨씬 얇다. 별도의 실험에서 사람의 연골두께 해당하는 모델을 이용해 투과력을 확인하였다. 이번 연구는 새로운 약물송달시스템의 효과를 확인하는 ‘제 1상 연구’에 불과하다. 연구진은 염증반응에 관여하는 사이토카인 차단 약물과 DNA, RNA 등으로 대상을 확장하여 일련의 연구를 지속할 예정이다. 기술이 상용화된다면 임상에서 2주 또는 한 달에 주사 1회만으로도 관절염 진행이 유의하게 지연될 수 있다.
