빛으로 지방만 분해…비만 치료 새 기전

국내 연구진이 빛 자극을 이용해 지방세포에서만 선택적으로 지방을 분해하는 새로운 나노기반 비만 치료전략을 개발했다.

변준호 숙명여자대학교 교수(약학부)와 서울대고려대한국재료연구원 공동연구팀은 재료과학 및 나노바이오 분야 학술지 Advanced Materials(IF=26.8) 최근호에 Selective Lipolysis by Photoactivation of Chaperone-Mediated Autophagy Using Adipocyte Membrane-Coated Nanoparticle in Hydrogel을 발표했다고 11일 밝혔다.

이번 연구는 중요한 사회 문제로 지적되는 비만의 치료 안정성과 정밀성을 높일 수 있다는 점에서 주목 받고 있다. 아울러 다양한 대사 질환과 노화 관련 질환 치료 분야로 확장 가능성도 열었다.

비만은 전 세계적으로 가장 흔한 만성 질환 중 하나로, 당뇨병심혈관 질환지방간 등 다양한 대사 질환의 주요 원인으로 알려져 있다. 비만 치료는 약물이나 수술에 의존하고 있지만, 전신 부작용이나 침습성 등으로 더욱 안전하고 정밀한 치료법 개발에 관한 요구가 커지고 있다.

연구팀은 지방세포 내부의 자연적 분해 경로인 샤페론 매개 자가포식(Chaperone-Mediated Autophagy, CMA)을 빛을 이용해 선택적으로 활성화하는 새로운 나노플랫폼을 제안했다. CMA는 특정 단백질을 리소좀으로 전달해 분해하는 세포 내 항상성 유지 기작이다. 최근 지방 분해와의 밀접한 관련성이 밝혀져 새로운 치료 타깃으로 주목받고 있다.

공동연구팀이 개발한 CMA 시스템은 지방세포 막으로 코팅한 폴리도파민 기반 나노입자에 지방 분해를 촉진 약물을 탑재, 이를 하이드로겔에 삽입한 형태(ARNP-H)다. 이 나노입자는 지방세포 고유의 막 성분을 이용해 다른 면역세포나 주변 세포가 아닌 지방세포에 선택적으로 흡수되도록 설계한 것이 특징이다.

근적외선 빛을 내리쬐면 나노입자가 약한 열 자극을 발생, 이를 통해 CMA의 핵심 단백질인 HSC70이 활성화 한다. 그러면서 지방 방울을 보호하는 단백질(PLIN2)을 분해하고, 지방 분해 효소가 지방 방울에 접근해 지방세포에서 지방 분해를 유도하는 시스템이다.

동물실험 결과, 고지방 식이로 비만이 유도된 마우스 모델에서 나노-하이드로겔 제형을 적용한 뒤 빛을 비췄을 때 체중이 유의하게 감소하고, 지방 조직 크기와 중성지방 축적이 현저히 줄어든 것으로 나타났다. 또한, 간과 신장 기능 등 주요 독성 지표에서는 이상이 관찰되지 않아, 국소정밀 치료가 가능한 것으로 확인됐다.

변준호 교수는 이번 연구는 지방세포를 직접 제거하거나 손상시키는 기존 광열 치료와 달리, 세포의 자연적 분해 시스템을 정밀하게 조절해 지방만 선택적으로 분해하는 새로운 개념의 비만 치료 전략을 제시했다는 점에서 의미가 크다라면서 향후 비만뿐 아니라 자가포식 기능 이상과 관련된 다양한 대사질환과 노화 관련 질환으로 확장될 가능성을 지속적으로 검증해나갈 계획이라고 밝혔다.