▲모자반 해초 (출처=123RF)

알긴산염은 해조류와 박테리아에서 추출한 다용도 생물고분자물질로, 생명 공학을 포함한 각종 산업에서 사용되고 있다. 이와 관련해 전도유망한 응용 분야에는 상처 치료와 세포 치료법이 있다.

지난 4월, '베타O2테크놀로지' 요아프 에브론 박사와 MIT를 포함한 여러 대학 연구원들이 췌장 세포 이식에 알긴산염을 적용해 장기간 세포 생존에 성공했다.

생물고분자물질인 알긴산염

알긴산염은 음이온 다당류 생물고분자물질로, 다시마를 포함한 갈조류에서 추출할 수 있다. 또한 낭포성 섬유증 환자에게 만성 폐간염을 유발하는 녹농균 박테리아에서도 생성된다. 녹농균은 알긴산염을 생성해 낭포성 섬유증 환자 폐 기능을 빠르게 저하시킨다. 알긴산염은 점액을 만들어내는 일 외에, 항생물질에 대한 내성과 녹농균 면역 회피 기능을 촉진한다.

특히 알긴산염은 다른 박테리아에 대한 항균력을 가졌다. 알긴산염은 해조류와 박테리아로 생성 가능하며 생물고분자물질의 당 조성은 추출원에 따라 달라진다. 현재 200종 이상 알긴산염이 제조되고 있다. 알긴산염은 칼슘이나 스트론튬 같은 양이온을 추가해 겔 성분으로 만들 수 있다. 또한 알긴산염 기반 젤의 특성은 사용되고 있는 알긴산염 유형에 따라 달라진다. 알긴산염은 농축제나 겔화제로 사용되고 있으며, 섬유 및 식품, 양식업, 생명 공학, 제약, 화학, 제지업 등을 포함해 여러 산업에서 활용되고 있다. 생명 공학 분야에서 알긴산염이 사용되고 있는 것에는 운동억제 효소뿐만 아니라 세포, 알긴산염이 함유된 치료용 붕대 등이 있다.

상처 치료에 사용되는 알긴산염

상처는 욕창과 당뇨병 관련 궤양, 수술 부위 등과 유관하다. 상처는 빠르게 치유하면서 감염을 피하는 것이 중요한데, 이는 드레싱으로도 가능하다. 알긴산염이 함유된 각종 상처 드레싱 상품을 시중에서 구입할 수 있다. 알긴산염 함유 상처 드레싱은 수분 함유 밀봉 상태와 상처에 처치 시 팽창되는 동결 건조 두 가지 유형으로 판매되고 있다. 알긴산염 함유 상처 드레싱의 장점은 알긴산염의 항균 작용으로, 각종 항미생물제를 포함하고 있다. 그리고 상처의 체액을 흡수할 수 있는 알긴산염 겔 특성 때문에 축축하지만 상처를 소독하는 작용을 한다. 특히 아연이 함유돼 상처의 재상피화를 활발히 촉진한다. 알긴산염 상처 드레싱은 히드로겔과 필름, 거품, 나노섬유, 크림 등 다양한 형태로 출시된다. 알긴산염 상처 드레싱의 중요한 특징 중 하나는 다른 생리활성물질을 포함하는 능력이다.

한펀, 베타O2테크놀로지 연구진은 이 같은 특성을 사용해 1형 당뇨병 치료를 위한 새로운 세포 치료법 기기를 고안했다. 마침내 당뇨병 관련 궤양 상처 발생을 예방할 수 있게 된 것.

▲해조 (출처=123RF)

세포 치료법에 사용되는 알긴산염

1형 당뇨병은 체내에서 인슐린 호르몬을 생성하는 췌장 베타 세포가 존재하지 않아 유발되는 자율면역질환이다. 베타 세포는 보통 췌장에 혈액을 공급하는 섬이라고 부르는 조직 구조에 위치해 있으며, 섬은 췌장 부피의 1~2%를 차지한다.

기능 치료를 위해서는 기증자가 제공하는 건강한 섬을 1형 당뇨병 환자에게 이식할 수 있지만, 이식술을 성공하기 위해서는 면역 억제를 해야 한다. 이 면역 억제를 피하기 위해서는 섬에 알긴산염 같은 생물고분자물질을 내장할 수 있지만, 섬세포에 산소공급이 제대로 이뤄지지 않으면 위험할 수 있다. 단시간에 세포가 죽기 때문이다. 그리고 죽어가는 섬세포가 배출하는 분해산물은 염증을 유발한다. 따라서 산소 공급을 높이기 위해 세포 피포 투과성을 높이거나, 장치를 설치해 장치 주변에 새로운 혈관 형성을 유도하는 방법 등을 시도할 수 있다.

에브론 박사 연구팀은 혈관 형성 유도술을 선택했다. 연구진은 베타에어(βAir) 장치를 고안하고 알긴산염 판 안에 섬 세포를 내장했다. 또한 알긴산염 판은 면역 세포 차단 물질로 둘러쌌다. 이후 알긴산염 판은 투과성 막을 통해 산소가 들어오는 산소 공급실 안에 위치시켰다. 산소실 내부 압력을 높여 산소 공급을 최적화했으며, 알긴산염 판의 섬의 수를 최대화했다. 이 베타에어 장치를 당뇨병에 걸린 쥐의 피부 아래에 이식하고 연구가 종료될 때까지 혈당을 조절했다. 하지만, 이 방법의 단점은 산소실을 24시간마다 충전해야 하기 때문에 쥐에 진정제를 투여해야 했다. 이 실험을 사람을 대상으로 한 임상 시험까지 학대하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.

높아지는 관심

한편, 1형 당뇨병 치료를 위한 베타 세포 교체술, 특히 피포·장치 이식 결합술에 대한 관심이 높아지고 있다. 지난 4월 엘리 릴리는 1형 당뇨병 치료를 위한 세포 피포 기술 라이선스를 받았다. 알긴산염은 장기적인 피복형 이식 세포의 가능성을 제시해 세포 교체·증가법을 뒷받침할 전망이다.

[researchpaper 리서치페이퍼=심현영 기자]

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