한양대학교 생명공학과 김용희 교수 연구팀이 항비만 유전자치료제를 탑재한 비만 및 당뇨 치료용 마이크로니들 패치를 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 백색지방세포에만 치료유전자를 전달하기 위해 플라스미드 DNA를 지방세포 표적 비 바이러스성 유전자 전달체 (PBP9R)와 결합하여 자가조립 올리고펩토플렉스 (Self-assembled Oligopeptoplex, 이하 SA-OP)를 개발했다.

SA-OP는 체내에서 지방세포 표면에 과발현된 프로히비틴 단백질을 표적하여 지방세포에만 특이적으로 플라스미드 DNA를 전달하게 된다.

플라스미드 DNA는 지방세포 내 지방산 결합 단백질 2종 (FABP4와 FABP5)을 억제할 수 있는 2종의 shRNA가 탑재된 DNA이다. 플라스미드 DNA는 SA-OP에 의해 지방세포 핵 내로 전달되고, 이후 FABP4와 FABP5를 억제하는 shRNA를 생성하게 된다.

FABP 단백질들은 지방세포 내 지방산의 반입과 축적을 촉진하는데, shRNA는 이를 억제하여 지방세포 내 지방산의 축적을 감소시켜 세포 내 지질대사를 정상화한다. 

그 결과 식이 유래 비만 동물모델에 SA-OP가 탑재된 마이크로니들 패치를 부착했을 때, 체중감소, 인슐린 민감성 개선, 혈중 지질량 감소, 염증 감소 및 지방간 개선의 유의미한 효과를 검증했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 기존 중추신경계에 작용하여 식욕을 억제하는 글루카곤 유사 펩타이드-1(GLP-1) 기반 치료법의 비특이적 치료 방식의 한계점을 극복할 가능성을 검증했다고 설명했다.

본 유전자치료제 기반 신약인 SA-OP는 생분해성 마이크로락 패치에 탑재되었다.

마이크로락이란 기존 마이크로니들과 다르게 피부에 고정이 될 수 있는 형태를 가지는데, 장점으로는 정량의 약물을 정확하게 전달 할 수 있다는 것이다.

연구팀은 이번 연구 결과를 통해 생분해성 마이크로니들 내부에 탑재된 SA-OP의 안정성을 검증할 수 있었다.

또한 장기 보관 시 유전자의 안정성과 유효성을 기존 주사제와 검증함으로써, 마이크로니들 플랫폼 기술을 통해 유전자치료제의 보관 및 운송상의 약점을 극복할 수 있는 발판을 구축했다.

김용희 교수는 "FABP4 및 FABP5의 지방세포 특이적 억제가 항비만 치료를 획기적으로 개선하는 차세대 치료 전략임을 입증할 수 있는 사례가 됐다"며 “이번 연구 결과는 비만 및 당뇨병을 비롯한 다양한 대사질환에 적용할 수 있는 약물 전달 기술이 될 것이며 지속적인 연구개발을 통해 임상시험까지 계획하고 있다”라고 설명했다.

이번 연구는 재료과학 분야 국제학술지 'Advanced Materials, (IF 29.4)'에 게재됐다.