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연세소식

[연구 프론티어] 김희진 교수팀, 성장인자 안정적으로 전달하는 기술 개발

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2014-11-01

조직재생 및 질환 치료 연구에 기여

치과대학 김희진, 육종인, 김남희 교수 연구팀이 성장인자*를 효과적으로 생체 내로 전달할 수 있는 새로운 작용기전의 원천기술을 개발했다. 분해되기 쉬운 성장인자의 안정적인 전달을 도와 성장인자를 이용한 조직재생이 필요한 악안면기형, 만성신장질환 같은 질환치료 연구에 기여할 것으로 기대된다.

연구결과는 생체재료 분야 국제학술지 바이오머티리얼스(Biomaterials)지 온라인판 9월 15일자에 게재되었다. 논문 제목은 ‘A platform technique for growth factor delivery with novel mode of action’이다.

연구팀은 세포막을 통과하는 단백질 전달체*를 이용하여 전구약물** 형태의 성장인자를 융합시킨 후 세포 및 생체 내로 성장인자가 성공적으로 전달되는 것을 확인하였다.

전달체와 전구약물 형태의 성장인자가 결합된 조직재생 폴리펩타이드***는 성숙된 상태로 투여하는 기존 성장인자와 달리 비활성 상태로 제작하기 때문에 경제적이고 임상에서 취급이 용이할 것으로 기대된다.

연구진은 이 전달체가 다양한 성장인자에 적용될 경우 기존 수용성 성장인자의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 생체 내 기능적 타당성을 확보하고 임상 연구를 거쳐 5년 이내에 실용화가 가능할 것으로 연구진은 전망했다.

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업및 서울시와 서울산업진흥원의 특허기술상품화 기술개발 지원사업 등의 지원을 받아 수행되었다.

 

* 단백질 전달체(Protein transduction domain, PTD) : 10-16개의 염기성 아미노산으로 된펩타이드로, 수용체와 결합에 의하지 않고 세포막을 통과해 세포 내에 축적되는 물질

* 성장인자(growth factor) : 세포의 성장, 증식 및 분화에 관여하는 단백질

** 전구약물(Prodrug) : 그 자신은 약물활성을 나타내지 않고 생채 내의 화학반응에 의해 성숙한 약물로 전환되어 활성을 나타내는 물질. 주로 특정 부위에서의 발현, 생체 흡수성, 부작용 등의 개선을 목적으로 설계됨.

*** 조직재생 폴리펩타이드 : 본 연구에서 개발한, 단백질 전달체와 전구약물 형태의 성장인자를 융합시켜 만든 펩타이드. 단백질 전달체에 전구약물을 적용한 예는 처음임.

 

그림 1. 기존 성장인자 전달기술 (왼쪽 그림)과 본 연구의 성장인자 전달기술에 BMP2를 적용한 조직재생 폴리펩타이드의 작용기전 비교 도식도 (오른쪽 그림)

(왼쪽) 기존 재조합 BMP2는 BMP2 유전자를 CHO(Chinese hamster ovary) 세포에 도입하고 형질전환시켜 CHO 세포가 BMP2를 분비하면, 분비된 BMP2를 대규모의 세포 배지를 분리-정제-농축하여 성숙한 활성 단백질 상태의 BMP2를 생체 투여하는 방식

(오른쪽) BMP2를 적용한 조직재생 폴리펩타이드는 단백질 전달체(PTD)와 BMP2 전구약물(prodrug)으로 구성되어 있어, PTD에 의해 세포 내로 전달되고 나면 퓨린(Furin)에 의해 단백질 전구영역(prodomain)과 성숙영역(mature domain)이 분리되고 최종적으로 활성화된 형태의 BMP2가 분비됨. 

 

그림 2. 본 연구의 성장인자 전달기술에 BMP2를 적용한 조직재생 폴리펩타이드의 골형성 in vivo efficacy 검증

(왼쪽) 비글견(beagle dog)의 장골(femur) 결손부에 BMP2를 적용한 조직재생 폴리펩타이드(2.5 ug)이 함유된 하이드로젤(HG)을 삽입하고 5주 후 신생골의 밀도를 추적하였을 때, 하이드로젤만 주입한 대조군에 비해 실험군은 골결손부의 우월한 골재생 소견을 보임.

(오른쪽) 신생골의 부피를 분석하였을 때, BMP2를 적용한 조직재생 폴리펩타이드와 하이드로젤을 주입한 실험군에서 대조군에 비해 통계적으로 우월한 신생골 부피의 증가를 보였음. 이는 시중에서 사용되고 있는 재조합 BMP2 농도의 1/1000 이하에 해당됨. 

 

 

vol. 568
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