미래 바이오 산업을 이끌어갈 슈퍼 신물질 '인공세포막' 현주소

루카에이아이셀, 모든 표면 코팅 가능한 인공세포막 기술 개발
신약 개발, 생체 모니터링, 바이러스 진단 등 활용도 무궁무진

인체의 모든 세포를 감싸고 있는 세포막의 기전을 응용한 기술이 계속 진화하고 있다. 세포막은 외부 세균 침입 방어와 함께 세포 내외부 신호 전달 역할을 하고, 세포막에 이상이 생기면 암이나 치매 같은 질병이 생길 수 있어 그동안 의학적 관심이 높았다.

최근에는 인공세포막을 이용한 의료 진단기, 체내 이식용 의료기기 코팅 등 그 범위를 넓혀가고 있다. 특히 콘택트렌즈, 인공유방, 임플란트 등 체내 삽입 제품에 인공세포막을 코팅하면서 면역거부 반응을 없애고 바이러스 침투도 막아주는 효과를 낸다. 하지만 기존 인공세포막 코팅 기술은 물에 친화력이 강한 유리나 실리콘 등 친수성 표면에 한정돼 다양한 의료기기 코팅에 적용하기 힘들었다. 일부 회사에서도 내시경 등 일부 기기에만 인공세포막 코팅을 활용하는 데 그치고 있다.

이런 가운데 최근 루카에이아이셀은 인공지능(AI)를 이용해 ‘물질 특성과 굴곡에 따라 자유로운 코팅이 가능한 인공세포막 제조 기술’을 개발했다. 루카가 가진 원천특허기술은 조남준 싱가포르 난양공대 교수 겸 공동기술대표가 개발했으며 2017년 미국, 유럽, 아시아 주요국 등 여러 나라에 특허 등록됐다. 그렇다면 인공세포막 기술은 일상 생활에서 어떻게 쓰여질 수 있을까?

▲ 표적 부위까지 정확한 약물전달시스템으로 신약 개발에 활용

일반적으로 약물은 인체의 세포 내 반응 부위를 표적으로 하여 작용하도록 만들어지기 때문에 표적 부위까지 약물을 전달할 수 있도록 하는 것이 신약 개발이나 테스트 과정에서 가장 중요한 과정이다.

현재 인공세포막을 가장 활발하게 적용하고 있는 분야는 약물 전달시스템으로 특히 암 치료를 위해 사용 중이다. 인공세포막으로 싸여진 아주 작은 구형 물질(리포솜)에 영양소 및 의약품을 투여하여 이를 체내 세포에 약물 전달 수단으로 사용한다. 리포솜은 환자의 종양세포의 표적 부위에 결합 되고 파열되어 약물을 방출하게 된다. 즉 인공세포막 기술은 다양한 약물들을 원하는 타겟 부위에 안전하고 안정적으로 전달, 약의 효과를 극대화하기 때문에 이러한 약물 전달 시스템의 주요 요소로서 활용되고 있다.
 

▲ 진단키트, 마스크 등 바이오센서 분야 활용

루카 에이아이셀이 개발한 코로나진단키트(왼쪽)와 D형 간염 진단키트. [사진 제공 = 루카에이아이셀]

인공세포막의 또 다른 응용 분야는 바이오 센서 분야이다. 인공세포막 기술을 활용하여 생체 내 신호 전달 통로와 효소나 항체 등 생체요소들의 천연 숙주 역할을 수행하는 생체 환경 모니터링, 즉 임상 진단 또는 바이러스 감염 탐지를 위한 바이오 센서 개발에 활용된다.

최근 코로나19 바이러스 감염 여부를 검사하는 신속진단키트 등과 같이 바이러스 감염을 5~10분 내 진단할 수 있도록 하는 항원, 항체 진단 기술에도 인공세포막이 활용되어 제품이 개발되고 있다.

또한 인공세포막 기술을 활용하면 많은 사람들이 드나드는 다중이용시설 등 공공 방역을 위해 바이러스 감염 위험에 대처가 가능한 제품도 개발할 수 있다. 예를 들면 마스크에 바이러스 검출이 가능한 패치를 부착해 공공장소 출입 시 체온만으로는 확인 불가능한 무증상 감염자를 걸러낼 수 있다.
 

▲ 화장품, 항균 윤활제, 의료기기 코팅 등 다양한 응용분야 활용

이미지 = 게티이미지뱅크

최근 인공세포막에 대한 심도 있는 연구가 진행됨에 따라 현대 생활에 필요한 다양한 용도에 활용하려는 노력이 뒤따르고 있다. 루카에이아이셀 조남준 교수는 “향후 인공세포막 기술의 발전은 실험실이나 제약 분야에만 국한되지 않고 나노 공학을 이용한 피부 개선, 항균 윤활제 등 코스메틱 분야에 밀접하게 적용될 것이다”라고 전했다.

예를 들면 현재 다양한 피부 기능성 물질이나 치료제에 사용되는 계면활성제 대신에 피부에 안전하게 처치가 가능한 인공세포막 기술을 활용한 지질 에멀전이 화장품에 쓰이고 있다. 또한 인체에 무해한 천연재료이면서 항균 기능까지 보유한 인공세포막을 인체보형물, 인공혈관 등의 의료기기, 피임기구 등 생활용품에 코팅해 인류의 건강한 삶에 도움을 줄 수 있다. 가장 쉬운 예로 인공세포막을 백신병이나 주사기에 코팅하면 백신 약물 흡착을 방지할 수 있다.

향후 인체 세포의 노화된 세포막에서 콜레스테롤과 포화 지질들을 제거하고 새로운 리피드들을 공급하여 세포막 노화와 관련해 일어날 수 있는 심혈관질환, 신경퇴행성 등의 다양한 노화관련 질병을 예방하고 치료할 수도 있다.

조남준 교수는 “5나노미터 (10억분의1미터) 크기의 다양한 지질들 중에 특성에 맞는 지질을 선별하고 최적의 배합을 통해서 어떤 전달체를 만드느냐 하는 나노 어셈블리(Nano-Assembly) 기술이 인공세포막 기술의 핵심”이라고 강조했다.

- 매경헬스 양해원 기자

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