미래창조과학부(장관 최양희)는 “인체 내 유해한 물질을 분해할 수 있는 금나노입자*를 바이오의약품인 통풍치료제와 같이 사용하여 통풍 치료의 부작용을 줄이고 치료 효능을 높일 수 있는 새로운 가능성이 제시되었다.”고 밝혔다.

     * 금나노입자 : 1～100 나노(10-9 m) 크기의 금 입자  

     

  통풍은 요산*이 배출되지 않고 우리 몸 안에 쌓여서 생기는 질병이다. 통풍 치료제인 요산분해효소*는 요산을 분해하면서 과산화수소를 발생시킨다. 과산화수소는 혈색소에 있는 철을 산화시켜 산소 운반 능력을 떨어뜨려 과산화수소 분해 능력이 약한 환자에게 메트헤모글로빈혈증* 같은 부작용을 일으키기도 한다. 통풍치료제인 요산분해효소와 금나노입자를 동시에 사용하여 과산화수소를 물과 산소로 분해할 수 있는 새로운 치료의 가능성을 확인하였다.

     * 요산 : 퓨린이라는 물질이 간에서 대사되었을 때 생기는 분해 부산물. 소변 등을 통해 자연스럽게 배출된다.

     * 요산분해효소 : 요산을 5-하이드록시이소유레이트와 과산화수소로 분해하는 활성을 가지는 효소 

    * 메트헤모글로빈혈증(Methemoglobinemia) : 혈색소는 혈액에서 산소를 운반하는 역할을 한다.  

      메트헤모글로빈혈증은 혈색소에 있는 철이 산화되어 산소와 결합할 수 없어 산소 운반능력이 떨어지는 질병이다. 산소 부족으로 몸이 파랗게 변해 청색증이라고도 불린다.  

 

 권인찬 교수 연구팀(광주과학기술원)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 국제적인 학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Report) 3월 13일자에 게재되었다.  

 

  논문명과 저자 정보는 다음과 같다.

   - 논문명 : Synergistic Degradation of a Hyperuricemia-Causing Metabolite Using One-Pot Enzyme-Nanozyme Cascade Reactions

   - 저자 정보 : 권인찬 교수(교신저자, 광주과학기술원), 정세천(제1저자, 광주과학기술원) 

 

 논문의 주요 내용은 다음과 같다.

  1. 연구의 필요성

  고요산혈증은 혈액 속의 요산*의 농도가 비정상으로 높은 상태이다. 이는 신장병, 심순환계 질병, 통풍 등의 질병을 일으킨다고 보고되어 있다. 특히 통풍은 미국의 경우 800만 명 이상의 환자가 있고, 국내에도 30만 명 이상의 환자가 있다고 알려져 있다.

   통풍과 같은 고요산혈증을 치료하기 위해 요산을 분해하는 요산분해효소가 통풍치료제로 미국식약청의 승인을 받아 사용되고 있다. 그러나 요산분해효소가 요산을 분해하는 과정에서 활성 산소*중 하나인 과산화수소를 발생시키는데, 과도한 과산화수소는 항산화능력이 부족한 환자에게 메트헤모글로빈혈증 (Methemoglobinemia) 같은 질병을 일으키거나 유전자 변형을 일으키는 등 여러 부작용을 일으킬 수 있고 요산 분해를 느리게 할 수 있다. 따라서 요산분해효소를 이용하여 퉁풍을 치료하는 중 생길 수 있는 부작용을 줄이고 요산분해효소의 효능을 향상시키기 위해서는 과산화수소를 제거할 필요성이 크다.   

      * 활성 산소 : 산화력이 강한 산소로 몸속에서 산화 반응을 일으켜 세포를 손상 시킬 수 있다.

 

 

 2. 연구 내용

   이 연구에서는 요산분해효소가 요산을 분해할 때 발생하는 과산화수소를 제거하기 위하여 나노입자를 이용하였다. 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 활성을 가진 여러 나노입자들 중, 인체에 무해하고 화학적으로 안정하다고 알려진 금나노입자를 사용하였다.

   실험 결과 금나노입자가 과산화수소를 분해할 때 생성되는 산소 기포를 확인하였다. 또한 크기가 작은 금나노입자일수록 표면적이 증가하여, 과산화수소를 분해하는 능력이 더 크다는 것을 확인하였다.

   더불어 요산분해효소가 요산을 분해할 때 금나노입자가 함께 존재하면 요산분해효소의 요산 분해 속도가 증가해 요산분해시간이 금나노입자가 없는 경우와 비교했을 때 5배까지 감소함을 보여주었다.

 

 

 3. 연구 성과

   요산분해효소가 통풍의 원인이 되는 요산을 분해하면서 부작용을 일으킬 수 있는 과산화수소를 생성하게 되는데, 이 생성된 과산화수소를 인체에 무해한 물과 산소로 분해하기 위해 금나노입자를 사용함으로써 과산화수소로 인한 부작용의 가능성을 줄이면서 요산분해효소의 효능도 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다.

   이번 연구는 금나노입자의 과산화수소 분해 활성을 통해 금나노입자가 바이오의약품과 같이 사용 되어 질병치료에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 향후에 다양한 활성을 가지고 있는 나노입자들을 바이오의약품과 같이 사용하여 통풍 치료뿐만이 아니라 다양한 질병치료에 이용 할 수 있을 것으로 기대한다.

 

  권인찬 교수는“이번 연구는 통풍치료용 단백질이 활성산소를 발생시키는 문제를 해결하기 위해 요산분해효소와 금나노입자를 같이 사용하였다. 그 결과, 금나노입자를 사용하여 바이오의약품의 약효를 향상시킨 것을 처음으로 보여주었다. 앞으로 동물실험, 임상실험 등으로 나아가야겠지만 통풍, 신장 질환 등 다양한 질병 치료에 적용할 수 있는 새로운 길을 찾았다는 점에서 의미가 있다.”라고 연구의 의의를 설명했다.