우리대학원임형준 교수(방사선융합의생명전공)가 참여한 한*중**미* 국제공동연구팀이 급성 신장 손상(Acute kidney injury, AKI)을 완화시키는 DNA 오리가미 나노구조물(DNA origami nanostructure, DON)을 개발하였다.

급성 신장 손상 (Acute kidney injury)은 수 시간에서 수일 내에 발생하는 갑작스러운 신장 기능의 저하를 의미하며 다양한 원인에 의한 신장 내 활성 산소(reactive oxygen species, ROS) 의 발생이 신장 손상의 주요한 기전이다. 전 세계적으로 매년 1,330 만 건의 새로운 케이스가 발생하며, 매년 170만 명의 사망자가 발생한다. 하지만 아직까지 질환 특이적인 치료 방법이 없으며 대증적인 치료에 의존하고 있다. 항산화물질인 N-acetylcysteine(NAC)이라는 약물이 경우에 따라 사용되기도 하나 약제의 낮은 생체 이용율 때문에 임상에서 큰 효과를 거두고 있지 않다.

 

▲ 급성 신장 손상의 산화적 스트레스로부터 DONs의 효과적인 신장 보호

DNA 오리가미 나노구조물(DON)은 DNA의 상보적 결합을 이용하여 다양한 크기와 모양으로 디자인이 가능하며 거의 100%의 재현성으로 합성할 수 있어 차세대 나노 약물전달체로서 각광을 받고 있다.

본 연구에서는 DNA 오리가미 나노구조물(DON)의 생체 분포를 알기 위해 방사선동위원소 Cu-64로 표지를 하여 주사 이후 양성자 방출 단층 촬영(PET)를 이용하여 촬영하였다. 그 결과 직사각형 판상의 DNA 오리가미 나노구조물(Rec-DON)이 특히 신장에 효과적으로 축적된다는 것을 발견하였다.

인간 배아 신장 세포주 (HEK-293)에서 세포수준에서의 산화 스트레스에 대한 DNA origami 나노구조물(DON)의 보호 정도를 측정한 결과 DON 이 활성 산소를 제거하여 세포생존율을 높인 다는 것을 발견하였다.

AKI 마우스 모델에서 Rec-DON 은 우수한 치료 효과를 나타내었다. 정량적 신장 PET 영상, 혈액 검사 및 신장 조직 검사를 수행한 결과 흥미롭게도 Rec-DON (마우스 당 10 μg)은 고용량의 NAC (마우스 당 4.2 mg)와 비슷한 정도의 치료 효과를 이끌어 내었다.

또한 Rec-DON은 체내 급성 독성 및 면역 반응을 일으키지 않음을 밝혔다. 정상 마우스에서 Rec-DON 주사 이후 혈 중 간, 신장, 혈구 수치, 면역 반응과 관련 있는 인터류킨-6(interleukin-6), 종양괴사인자-알파(tumor necrosis factor-α)의 수치들이 모두 정상 범위에 있었으며 주요 장기들의 조직염색 결과 이상 소견이 관찰되지 않았다.

종합적으로, 이 연구에서는 신장에 효과적으로 축적되고 활성산소를 제거할 수 있는 직사각형의 DNA 오리가미 나노물질 (Rec-DON)이 급성 신장 손상의 치료 약제로 사용 될 수 있다는 가능성을 제시하였다.

임형준 교수가 공동 1저자로 참여한 이 논문은 11월 8일 Nature Biomedical engineering 논문에 출판되었다.

 

[관련링크]

https://www.medgadget.com/2018/11/dna-origami-nanoparticles-to-treat-acute-kidney-injury.html
https://www.sciencedaily.com/releases/2018/11/181108142315.htm