성균관대학교(총장 유지범) 약학대학 조동규 교수 연구팀은 빛을 이용한 엑소좀 기반 세포 내 치료 단백질 전달 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

조동규 교수와 엑소스템텍(대표 조용우)이 공동으로 진행한 이번 연구는 엑소좀을 통한 CRISPR 등 치료 단백체를 생체 내에 효과적으로 전달함으로써 알츠하이머 치매 등의 질환 치료에 적용할 수 있음을 보여줬다.

현재 임상적으로 사용되고 있는 단백질 치료제(단일클론항체, 사이토카인, 호르몬)는 모두 세포 외부에서 작용한다. 하지만 대다수의 질병들은 세포 내부에 특정 단백질/유전자의 돌연변이 혹은 이들의 기능 장애로 인해 발병되며, 이러한 질병들을 효과적으로 치료하기 위해서는 치료적 단백질을 세포 내부로 전달하는 기술이 필요하다.

연구팀은 목적 단백질의 세포 내 전달 매개체로 엑소좀을 이용했다. 연구팀은 광 절단성 단백질인 mMaple3를 목적 단백질과 엑소좀 마커 사이에 융합시켰다. ‘목적 단백질 - mMaple3 - 엑소좀 마커’로 이루어진 융합단백질을 엑소좀 생성 세포에 과발현시켜 엑소좀을 추출한 뒤 405-nm의 빛을 조사해 mMaple3을 절단시켜 목적 단백질을 엑소좀 마커로부터 분리하였다. 연구팀은 빛을 조사한 엑소좀이 목적 단백질을 효과적으로 타겟 세포 내부로 전달한다는 사실을 확인했다.

더 나아가 연구팀은 이 MAPLEX 시스템을 이용하여 CRISPR/Cas 기반 후성유전학 편집기를 알츠하이머 모델 마우스인 3xTg-AD와 5xFAD의 뇌에 효과적으로 전달함으로써, 아밀로이드 생산 효소인 Bace1의 발현을 감소시키고 인지기능 개선을 비롯한 치료 효과를 확인했다.

조동규 교수는 “바이러스 사용 없이 다양한 치료 단백질을 세포 내부로 효과적으로 전달 할 수 있는 새로운 전달 시스템을 개발한 연구”라며 “이 시스템을 이용하여 CRISPR 기반 유전자 교정 및 다양한 치료 단백질의 전달이 가능할 것이며 이를 통해 다양한 질환 치료제 개발이 가능할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 선도연구센터(MRC) 등의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 의학 분야 세계적 학술지인 Science Translational Medicine에 8월 7일(미국 동부시각 기준) 발표됐다.