M1 대식세포 선택적 형광분자 ‘CDr17’의 개발.[IBS 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 류마티스 관절염처럼 면역세포의 일종인 대식세포의 이상으로 발생하는 자가 면역 질환을 정확하고 빠르게 진단할 수 있는 길이 열렸다.

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단 장영태 부연구단장(포항공대 화학과 교수) 연구팀은 대식세포의 아류형인 M1 대식세포만 선택적으로 탐지하는 새로운 형광물질 ‘CDr17’을 개발했다.

대식세포는 선천적 면역을 담당하는 세포로 외부 물질의 침입 혹은 이물질의 축적이 일어날 수 있는 곳에 분포한다. 바이러스 침입 등으로 면역계에 자극이 오면 비활성 대식세포(M0)는 M1과 M2라는 두 가지 유형으로 활성화된다. M1은 우리 몸에 침입한 외부 물질을 공격하는 한편, M2는 조직 재생을 담당하는 식으로 역할이 서로 다르다.

질병 진단 및 새로운 치료제 개발을 위해서는 각 세포들의 특성과 세포에서 일어나는 현상을 실시간으로 파악해야 한다. 하지만 현재까지는 비활성화 대식세포와 활성화 대식세포를 구분하는 물질이 발견된 정도다. 대식세포 중 특정 유형만 선택적으로 탐지할 수 있는 기술은 아직 개발되지 않아 대식세포에 의한 질병을 정확히 진단하기 어려웠다.

IBS 연구진은 M1과 M2 대식세포의 대사 작용이 서로 다르다는 점에 착안, 각 유형을 구분할 수 있는 형광 분자 개발에 착수했다. 지방산을 소비하여 에너지를 얻는 M2와 달리, M1 대식세포는 탄수화물이 주 에너지원이다. 연구진은 80종의 탄수화물 기반 형광물질로 구성된 라이브러리를 새롭게 구축하고, 이중 M1 대식세포만 선택적으로 염색하는 화합물을 찾아내 ‘CDr17(Compound Designation red 17)’이라 이름 붙였다.

조희원 포항공과대학교 시스템생명공학부 대학원생.[IBS 제공]

조희원 포항공대 연구원은 “CDr17이 M1 대식세포만 선택적으로 염색하는 메커니즘도 규명했다”며 “CDr17이 여러 유형의 대식세포 중 M1 대식세포에서만 과발현되는 ‘포도당 수용체 1(GLUT1)’을 이용하여 선택적으로 M1 세포를 염색한다는 것을 알 수 있었다”고 설명했다.

연구진은 CDr17을 활용한 류마티즈 관절염 진단 가능성도 동물실험으로 확인했다. M1 세포가 과도하게 활성화되면 대식세포 간의 불균형으로 인해 류마티즈 관절염 등 자가 면역 질환이 발생한다. 연구진은 류마티스 관절염을 유발시킨 실험쥐에 CDr17을 정맥으로 주사했다. 주사 15분 만에 질병 부위의 M1 대식세포를 선별할 수 있었다. 또한, 류마티즈 관절염이 심할수록 CDr17 형광 세기가 강해졌다. CDr17을 이용하면 살아있는 생명체에서 비(非)침습적인 방식으로 자가 면역 질환을 빠르고, 정량적으로 진단할 수 있음을 보여준 것이다.

장영태 부연구단장은 “대식세포의 아류형을 구분할 수 있는 화합물을 개발한 첫 사례”라며 “M1 대식세포와 관련된 염증성 질환 진단 및 새로운 약물 개발을 견인할 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 10월 11일 온라인 판에 게재됐다.