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■ 연구성과

융합과학기술대학원 임형준 교수, DON(DNA origami nanostructure)을 활용한 급성 신장 손상 완화 및 신장 보호 물질 개발
2018.11.26

융합과학기술대학원 임형준 교수(방사선융합의생명전공)가 참여한 한•중•미〮 국제공동연구팀이 급성 신장 손상(Acute kidney injury, AKI)을 완화시키는 DNA 오리가미 나노구조물(DNA origami nanostructure, DON)을 개발하였다.

 

급성 신장 손상 (Acute kidney injury)은 수 시간에서 수일 내에 발생하는 갑작스러운 신장 기능의 저하를 의미하며 다양한 원인에 의한 신장 내 활성 산소(reactive oxygen species, ROS) 의 발생이 신장 손상의 주요한 기전이다. 전 세계적으로 매년 1,330 만 건의 새로운 케이스가 발생하며, 매년 170만 명의 사망자가 발생한다. 하지만 아직까지 질환 특이적인 치료 방법이 없으며 대증적인 치료에 의존하고 있다. 항산화물질인 N-acetylcysteine(NAC)이라는 약물이 경우에 따라 사용되기도 하나 약제의 낮은 생체 이용율 때문에 임상에서 큰 효과를 거두고 있지 않다.

 

DNA origami nanostructure(DON)를 활용한 급성 신장 손상을 완화시키고       신장을 보호하는 물질을 개발

급성 신장 손상의 산화적 스트레스로부터 DONs의 효과적인 신장 보호

 

DNA 오리가미 나노구조물(DON)은 DNA의 상보적 결합을 이용하여 다양한 크기와 모양으로 디자인이 가능하며 거의 100%의 재현성으로 합성할 수 있어 차세대 나노 약물전달체로서 각광을 받고 있다.

 

본 연구에서는 DNA 오리가미 나노구조물(DON)의 생체 분포를 알기 위해 방사선동위원소 Cu-64로 표지를 하여 주사 이후 양성자 방출 단층 촬영(PET)를 이용하여 촬영하였다. 그 결과 직사각형 판상의 DNA 오리가미 나노구조물(Rec-DON)이 특히 신장에 효과적으로 축적된다는 것을 발견하였다.

 

인간 배아 신장 세포주 (HEK-293)에서 세포수준에서의 산화 스트레스에 대한 DNA origami 나노구조물(DON)의 보호 정도를 측정한 결과 DON 이 활성 산소를 제거하여 세포생존율을 높인 다는 것을 발견하였다.

 

AKI 마우스 모델에서 Rec-DON 은 우수한 치료 효과를 나타내었다. 정량적 신장 PET 영상, 혈액 검사 및 신장 조직 검사를 수행한 결과 흥미롭게도 Rec-DON (마우스 당 10 μg)은 고용량의 NAC (마우스 당 4.2 mg)와 비슷한 정도의 치료 효과를 이끌어 내었다.

 

또한 Rec-DON은 체내 급성 독성 및 면역 반응을 일으키지 않음을 밝혔다. 정상 마우스에서 Rec-DON 주사 이후 혈 중 간, 신장, 혈구 수치, 면역 반응과 관련 있는 인터류킨-6(interleukin-6), 종양괴사인자-알파(tumor necrosis factor-α)의 수치들이 모두 정상 범위에 있었으며 주요 장기들의 조직염색 결과 이상 소견이 관찰되지 않았다.

 

종합적으로, 이 연구에서는 신장에 효과적으로 축적되고 활성산소를 제거할 수 있는 직사각형의 DNA 오리가미 나노물질 (Rec-DON)이 급성 신장 손상의 치료 약제로 사용 될 수 있다는 가능성을 제시하였다.

 

임형준 교수가 공동 1저자로 참여한 이 논문은 11월 8일 Nature Biomedical engineering 논문에 출판되었다.

 

자료제공 : 융합과학기술대학원(031-888-9123)

 

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