그래핀은 전자소재 분야에서 뿐만 아니라 생의학 분야에서도 다양한 시도가 이뤄지고 있다. 특히 염증성 질환 및 알레르기 질환의 치료, 유전자 및 저분자 약물과의 복합체를 통한 전달체로의 응용, 줄기세포 배양, 암 표적화와 같이 생의학 분야에서 응용소재로서 주목받고 있다.
이번 연구 결과는 세계적인 국제 학술지 네이쳐(Nature)의 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'7월호에 실렸다. "그래핀 산화물이 자연살해 T 세포의 TGFβ 분비를 유도하여 패혈증을 억제한다(Graphene oxide polarizes iNKT cells for production of TGFβand attenuates inflammation in an iNKT cell-mediated sepsis model)"라는 제목으로 온라인에 발표됐다.
패혈증은 미생물 (바이러스, 세균 등)에 의해 혈액이 감염됨으로써 나타나게 되는 전신성 염증반응 증후군을 뜻한다. 홍석만 교수 연구팀과 홍석륜 교수 연구팀은 그람양성균의 패혈증 유발 인자 중의 하나인 당지질(글라이코리피드, glycolipid)의 면역 활성에 대한 그래핀 산화물의 조절 여부를 관찰했다. 이 과정에서 당지질 계열의 하나인 α-GalCer를 이용하여 그래핀 산화물의 면역학적 특성을 연구했다.
이번 연구를 통해, 그래핀 산화물은 자연살해 T(invariant natural killer T, iNKT) 세포를 면역억제성 사이토카인 TGFβ를 분비하는 항염증성 표현형으로 분화시키며, 이차적으로 NK 세포, γδ T 세포, 그리고 대식세포의 염증성 사이토카인이 과대 생성되는 사이토카인 스톰(storm)의 발생을 감소시켰다. 이러한 메커니즘이 패혈증을 억제하는 핵심요소라는 것을 밝혔다.
현재 미국 FDA에서 승인받은 패혈증 치료제는 없는 실정이다. 패혈증을 일으키는 세균은 그람양성균이 50%, 그람음성균이 30% 정도인데, 폐렴구균, 대장균, 장구균과 같은 그람양성균은 신생아, 4세 미만의 영유아 또는 노인에게 패혈증을 발생시킨다. 이들 균의 세포 구성성분인 당지질(glycolipid) 계열 항원이 수지상세포나 대식세포 등에 의해 섭취되어 항원제시 분자인 CD1d에 실려 iNKT 세포를 자극하여 염증성 사이토카인을 분비함으로써 간 손상 및 패혈증과 같은 염증반응을 유발할 수 있음이 최근 밝혀졌다.
iNKT 세포는 CD1d에 의해 제시되는 당지질 항원에 반응하여 빠르게 활성화되는 선천면역 특징을 지니고 있으며, IFNγ, TNFα와 같은 염증성 사이토카인과 IL10, TGFβ와 같은 항염증성 사이토카인을 모두 분비할 수 있어서 염증반응에서 조절자 역할을 수행할 수 있다. 따라서 생체 내에서 초기 면역반응을 좌우하는 iNKT 세포의 표현형 조절은 패혈증 치료제 개발의 중요한 타겟이 될 수 있다.
이번 연구는 한국연구재단의 이공분야 기초연구사업-학문후속세대양성-리서치펠로우 (이성원 박사후연구원), 이공학학술연구기반구축사업-대학중점연구소지원사업 (홍석륜 교수), 이공학개인기초연구지원사업-기본연구(홍석만 교수)의 지원으로 수행됐다.
제1저자인 이성원 박사후연구원은 "그래핀 산화물은 바이오 및 의학 분야에서 널리 응용되는 나노 신소재로서, 그래핀 산화물의 iNKT 세포 매개 염증반응 억제 기전을 세포 및 분자 수준에서 규명하여 그래핀 산화물이 패혈증 치료제를 운반할 수 있는 나노 플랫폼으로서 응용될 수 있을 것"이라고 기대하였고, 홍석만 교수는 "본 연구를 통해 향후 그래핀 산화물의 체내 배출과 세포 독성에 대한 메커니즘이 밝혀지고 부작용을 낮춘 생체 적합한 그래핀 산화물이 개발된다면 생체내 적용이 앞당겨지고 패혈증 외에도 다양한 염증성 질환 억제에 사용되는 약물 운반체로 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다. 김광태기자 ktkim@dt.co.kr
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