연구자들은 쥐에게 알레르기 반응을 일으키는 면역 세포를 선택적으로 표적으로 삼아 아나필락시스 쇼크를 예방하는 나노요법을 개발했습니다. 이 새로운 유형의 나노의학은 특정 알레르기 항원에 맞게 맞춤화될 수 있으며 알레르기 반응을 예방하는 최초의 약물이 될 수 있습니다.
알레르기의 심각도는 가려운 눈과 콧물부터 생명을 위협하는 아나필락시스 쇼크까지 다양합니다. 땅콩, 먼지, 곰팡이, 개털, 향수, 꽃가루, 약물, 벌레 쏘임, 라텍스 등 일부 사람들은 이러한 것들을 완전히 피하는 것 외에는 알레르기 반응을 예방할 수 없습니다.
노스웨스턴 대학교 연구진은 알레르기 반응을 예방하기 위한 최초의 선택적 치료법을 개발했습니다. 즉, 신체에서 알레르기 반응을 일으키는 면역 세포를 차단하는 항체로 장식된 나노입자입니다.
이번 연구의 교신 저자인 Evan Scott은 "현재 비만 세포를 특이적으로 표적으로 삼는 방법은 없습니다."라고 말했습니다. "우리는 증상을 치료하기 위해 항히스타민제와 같은 약물만 가지고 있지만 이러한 약물은 알레르기를 예방하지 못합니다. 비만 세포가 활성화된 후에만 히스타민의 효과를 상쇄합니다. 특정 알레르기 항원에 반응하는 비만 세포를 비활성화하는 방법이 있다면 아나필락시스 쇼크와 같은 심각한 상태에서 위험한 면역 반응은 물론 계절성 알레르기와 같은 덜 심각한 반응도 예방할 수 있습니다."
비만 세포는 알레르기 염증에 중요한 조직 상주 백혈구입니다. 알레르기가 있는 사람의 비만세포는 항체, 특히 면역글로불린 E(IgE)를 포착하고 표시합니다. 이는 특정 알레르기 유발 물질(거의 항상 단백질인 알레르기 항원)을 표적으로 합니다. 이런 식으로 환자가 동일한 알레르기 항원에 다시 노출되면 비만 세포가 인식하고 반응할 수 있습니다.
"만약 당신이 땅콩에 알레르기가 있고 과거에 땅콩에 반응했다면 면역 세포는 땅콩 단백질에 대한 IgE 항체를 생성하고 비만 세포는 이를 수집하여 이제 당신이 다른 땅콩을 먹기를 기다리고 있습니다"라고 Scott은 말했습니다. "다른 땅콩을 먹으면 몇 분 안에 반응하며, 반응이 충분히 강하면 아나필락시스 쇼크를 일으킬 수 있습니다."
항체와 같은 단백질이 나노입자에 부착되기 위해서는 일반적으로 단백질이 펼쳐지도록 하는 결합이 형성되어 생물학적 활성에 영향을 미쳐야 합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 다양한 용매와 단백질에 노출될 때 독립적으로 방향을 바꿀 수 있는 동적 폴리머 사슬로 구성된 나노입자를 만들었습니다. 그래서 단백질이 나노입자 표면에 부착되면 계면의 고분자 사슬이 뒤집히면서 단백질과 결합하지 않고 안정적으로 잡아주어 기능을 유지하게 된다. 단백질 표면의 발수 포켓은 안정적인 상호 작용을 유지하는 데 중요합니다.
Scott은 "이것은 독특하고 역동적인 표면입니다."라고 말했습니다. "이것은 표준적이고 안정적인 표면은 아니지만 표면 화학을 변경할 수 있습니다. 이는 물과 단백질과의 유익한 상호 작용을 극대화하기 위해 필요에 따라 방향을 변경할 수 있는 작은 고분자 화합물 사슬로 구성됩니다."
연구진은 항체의 거의 100%가 특정 표적에 결합하는 능력을 잃지 않고 나노입자에 부착할 수 있다는 것을 발견했으며, 이를 통해 나노입자의 표면은 고도로 제어 가능한 양으로 다양한 비만 세포 표적 항체로 조밀하게 채워질 수 있었습니다.
나노입자는 비만세포가 알레르기 항원에 반응하는 것을 방지하는 항-Siglec-6 항체로 장식되어 있습니다. 또한 사람의 특정 알레르기에 해당하는 알레르기 항원을 운반할 수도 있습니다. 예를 들어 땅콩 알레르기가 있는 사람에게 나노입자를 사용하면 땅콩 단백질을 운반하게 됩니다. 이는 두 가지 접근 방식입니다. 즉, 알레르기 항원이 알레르기를 유발하는 특정 비만 세포를 끌어당긴 다음 항체가 해당 세포를 차단합니다. 비만세포만이 Siglec-6 수용체를 나타내기 때문에 나노입자는 다른 세포 유형과 결합할 수 없어 부작용을 효과적으로 제한합니다.
Scott은 "우리는 어떤 알레르기 항원이라도 선택적으로 차단할 수 있습니다."라고 말했습니다. "알레르겐은 일반적으로 비만 세포를 활성화합니다. 그러나 알레르겐이 결합하는 동시에 나노입자의 항체도 억제제 Siglec-6 수용체에 결합합니다. 이러한 두 가지 상충되는 신호가 주어지면 비만 세포는 알레르겐을 활성화하지 않기로 결정하고 이를 그대로 둡니다. 특정 알레르겐에 대한 반응을 선택적으로 중지합니다. 이 접근 방식의 장점은 모든 비만 세포를 죽이거나 제거할 필요가 없다는 점이며, 안전 관점에서 실수로 세포에 부착되면 세포가 반응하지 않습니다. 잘못된 세포 유형입니다."
인간 조직 유래 비만 세포 배양에서 새로운 나노입자를 성공적으로 사용한 후, 연구진은 마우스 모델에서 치료법을 테스트했습니다. 쥐의 비만세포에는 Siglec-6 수용체가 없기 때문에 연구진은 조직에 인간의 비만세포를 포함하는 모델을 개발했습니다. 쥐는 나노치료제의 정맥 주사를 받는 동시에 알레르겐에 노출되었습니다. 어떤 동물도 아나필락시스 쇼크에 빠지지 않았고 모두 살아 남았습니다.
"알레르기 반응을 모니터링하는 가장 쉬운 방법은 체온 변화를 추적하는 것입니다."라고 Scott은 말합니다. "우리는 체온 변화를 발견하지 못했습니다. 아무런 반응도 없었습니다. 더욱이 생쥐는 건강하게 유지되었으며 알레르기 반응의 외부 징후도 보이지 않았습니다."
연구진은 다음으로 비만세포증의 희귀한 형태인 비만세포증을 포함한 다른 비만세포 관련 질병을 치료하기 위해 나노치료제를 사용할 계획입니다. 그들은 또한 다른 세포 유형에 해를 끼치지 않고 비만세포증에서 비만세포를 선택적으로 죽이기 위해 나노입자에 약물을 추가하는 방법을 모색하고 있습니다.
그들은 그들의 나노치료제가 많은 응용을 가지고 있다고 믿습니다.
연구 공동 저자인 Bruce Bochner는 "가장 충족되지 않은 요구 사항은 생명을 위협할 수 있는 아나필락시스 쇼크입니다."라고 말했습니다. "어떤 형태의 경구 면역요법은 경우에 따라 도움이 될 수 있지만 현재 FDA 승인 치료 옵션은 없습니다. 문제가 되는 음식이나 약물을 피하는 것 외에도 그러한 반응을 지속적으로 예방하는 것이 가능할 것입니다. 그렇지 않으면 에피네프린과 같은 치료법은 심각한 반응만 치료할 뿐 예방하지는 않습니다. 과거에 엄격히 피해야 했던 음식을 지속적으로 다시 도입할 수 있는 음식 알레르기를 치료하는 안전하고 효과적인 방법이 있다면 멋지지 않을까요?
이번 연구는 Nature Nanotechnology 저널에 게재됐다.