정밀 맞춤형 치료제 개발할 수 있는 엑소좀 제작 기술

DGIST(총장 이건우) 뉴바이올로지학과 예경무 교수, 화학물리학과 서대하 교수 공동 연구팀이 세포외 소포체(엑소좀) 표면에 다양한 물질을 안정적으로 부착할 수 있는 모듈형 단백질 어댑터 기술을 개발했다. 이를 통해 정밀 맞춤형 치료제 제작 가능성을 입증했다.

정밀 맞춤형 치료제 가능성

엑소좀은 세포에서 분비되는 지름 약 30~150㎚의 미세한 소포체로, 세포가 다른 세포와 소통할 수 있는 중요한 매개체로 작용한다. 엑소좀은 체내에서 자연적으로 생성되는 특성 덕분에 면역 거부 반응이 적고 생체 적합성이 높다는 점에서 차세대 약물 전달체로 주목받고 있다. 또한, 본래부터 세포 간 신호 및 물질 전달 역할을 수행하므로, 자연스럽게 약물을 전달할 수 있다.

또한, 엑소좀은 특정 세포에 대해 친화성을 지닐 수 있다. 이는 표적 세포에 약물을 전달하면서, 다른 건강한 세포에 피해를 최소화할 수 있는 가능성을 보여준다. 항암제나 유전자 치료제 등 다양한 약물을 동시에 담을 수 있기 때문에, 복합적인 정밀 맞춤형 치료제를 만드는 것도 가능하다.

엑소좀 손상 없이 약물 전달

다만, 엑소좀을 이용한 약물 전달 방식에는 개선이 필요했다. 기존 방식은 화학적인 반응을 이용해 엑소좀 표면을 변형하는 방식이었다. 이 과정에서 엑소좀의 구조적 손상 또는 기능 저하가 발생할 우려가 있었으며, 부착된 물질의 양을 정량적으로 측정하는 데도 한계가 있었다.

DGIST 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 ‘단백질 어댑터(Protein Adaptor) 기반의 플랫폼 기술’을 개발했다. 새롭게 개발된 기술의 핵심은 안정성이다. 엑소좀 표면을 직접 변형하지 않고 다양한 기능성 물질을 안정적으로 부착할 수 있도록 설계함으로써 엑소좀의 손상이나 기능 저하를 우려할 필요가 없다. 

연구팀은 실험을 통해 ‘맞춤형 엑소좀’을 제작할 수 있음을 확인했다. 즉, 엑소좀 손상이나 기능 저하 없이 정밀 맞춤형 치료제 개발이 가능하다는 설명이다.

엑소좀 치료제 정량 측정 성공

또한, 연구팀은 ‘초정밀 현미경 기술’을 활용해 개별 엑소좀에 부착된 약물의 양이 어느 정도인지 정밀하게 측정하는 데 성공했다. 이를 통해 기존 치료제 개발 과정에서 부족했던 정량적 분석 방법을 보완하고, 엑소좀 기반 정밀 맞춤형 치료제의 임상적 활용 가능성을 높였다. 특히, 항체가 결합된 엑소좀을 이용해 암세포를 효과적으로 표적하고 항암 효과를 향상시킬 수 있음을 입증했다.

DGIST 예경무 교수는 “이번 연구를 통해 엑소좀을 활용한 차세대 치료제 개발에 한 걸음 더 다가섰다”며, “맞춤형 기능을 조합할 수 있는 플랫폼 기술을 바탕으로 다양한 질병에 최적화된 치료제 개발이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 경북대학교 의과대학 백문창 교수팀과의 협력을 통해 수행됐으며, 복잡한 세포막 환경에서도 기능성 분자가 효율적으로 결합할 수 있도록 설계됐다. 연구성과는 나노과학 분야 국제 학술지인 <ACS Nano>에 게재됐으며, 표지 논문(supplementary cover)으로 선정됐다.