단백질 나노입자를 이용한 약물전달 시스템

약물을 필요한 곳에만 보내면 적은 양으로 효과를 내고 부작용을 줄일 수 있다. 운반체의 재료로 단백질을 쓰려는 연구가 이어지고 있다.

스스로 조립된다

일부 단백질은 여러 개가 모여 속이 빈 구조를 만든다. 바이러스의 껍질이 대표적이다. 수십에서 수백 개의 단백질이 규칙적으로 배열해 공 모양을 이룬다.

철을 저장하는 단백질도 비슷하다. 스물네 개의 소단위가 모여 속이 빈 구를 만들고, 안쪽에 철을 담는다.

이런 구조는 조건만 맞으면 저절로 조립된다. 따로 조립 공정이 필요 없다는 점이 장점이다.

합성 입자와 비교

단백질로 만든 운반체에는 몇 가지 이점이 있다.

크기와 모양이 균일하다. 유전자 서열로 정해지므로 만들어지는 것마다 같다. 합성 방법으로 만든 입자는 크기 분포가 생긴다.

표면을 정밀하게 고칠 수 있다. 특정 위치의 아미노산을 바꾸면 그 자리에만 다른 분자를 붙일 수 있다.

몸 안에서 분해되면 아미노산으로 돌아간다. 축적 문제가 적다.

실을 것과 붙일 것

약물을 담는 방법은 두 가지다. 안쪽 빈 공간에 넣는 방법과 바깥 표면에 붙이는 방법이다.

안에 넣으면 보호된다. 혈액에 노출되지 않으므로 분해되거나 다른 곳에 결합하는 것을 막는다. 다만 목적지에서 꺼내는 장치가 필요하다. 종양 주변의 산성 환경이나 특정 효소에 반응해 구조가 풀리도록 설계하는 방식이 쓰인다.

표면에는 표적을 찾는 분자를 붙인다. 특정 세포에만 많은 수용체에 결합하는 항체나 짧은 펩타이드가 쓰인다.

면역이 문제다

단백질을 쓰는 데 따르는 가장 큰 어려움은 면역 반응이다.

몸은 외부에서 온 단백질을 이물질로 인식한다. 항체가 만들어지면 두 번째 투여부터 빠르게 제거된다. 반복 투여가 필요한 치료에서는 치명적인 문제다.

사람 몸에 원래 있는 단백질을 바탕으로 설계하면 이 문제를 줄일 수 있다. 철 저장 단백질이 후보로 자주 쓰이는 이유다.

표면에 물과 잘 어울리는 고분자를 덮어 면역세포의 인식을 피하는 방법도 쓰인다. 다만 이 고분자 자체에 대한 항체가 생기는 사례가 보고돼 있다.

백신에서의 쓰임

현재 가장 앞서 있는 응용은 백신이다.

항원을 나노 입자 표면에 여러 개 규칙적으로 배열하면, 면역세포가 더 강하게 반응한다. 항원이 흩어져 있을 때보다 인식이 잘 되기 때문이다.

이 방식으로 만든 백신이 승인돼 쓰인 사례가 있다. 여러 변종의 항원을 한 입자에 함께 배열해 폭넓게 대응하게 하려는 연구도 진행 중이다.

남은 과제

대량 생산이 과제로 남아 있다. 세포를 배양해 단백질을 얻는 방식은 화학 합성보다 비용이 높고 품질 관리가 까다롭다.

보관도 문제다. 단백질은 온도와 pH에 민감해 구조가 쉽게 무너진다. 냉장 유통이 필요한 경우가 많고, 이를 줄이려는 안정화 연구가 함께 이루어지고 있다.