이환규 교수팀, 슈퍼컴퓨터 기반 분자동역학 시뮬레이션 활용
국제학술지 'Advanced Healthcare Materials' 표지논문 선정
단국대학교는 최근 이환규 화학공학과 교수 연구팀이 리포솜 기반 약물 전달체 표면에서 형성되는 '단백질 코로나'(Protein Corona)의 형성 원리를 규명했다고 8일 밝혔다.
리포솜은 세포막과 유사한 인지질 구조로 이뤄진 구형 나노입자로 항암제나 백신 등을 전달하는 약물 전달체다. 코로나19 mRNA 백신에도 적용되며 차세대 약물 전달 플랫폼으로 주목받고 있다. 그러나 체내에 투입되면 혈관 내에 있는 혈장단백질이 리포솜 표면에 결합해 단백질 코로나를 형성하면서 약물 전달 효율이 떨어지는 한계가 있었다.
이 교수팀은 슈퍼컴퓨터 기반 분자동역학 시뮬레이션을 활용해 혈액 속 단백질이 리포솜에 결합하는 과정을 분석했다. 이를 통해 리포솜의 크기와 표면 특성에 따라 흡착되는 단백질 종류 및 결합 강도가 달라지는 것을 확인했다. 특히 표면 곡률과 화학적 성질이 단백질 결합을 결정짓는 핵심 요인임을 확인했다.
또한 초기에는 농도가 높은 단백질이 먼저 흡착되지만 시간이 지나면서 결합력이 더 강한 단백질이 기존 단백질을 밀어내고 표면을 차지하는 것을 분자 수준에서 규명했다. 이로써 이론으로만 알려졌던 '브로만 효과'(Vroman effect)를 실증했다.
이 교수는 "이번 연구는 나노 약물이 몸속에서 어떻게 움직이는지 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다"며 "AI 기반 설계를 통해 단백질 결합을 정밀하게 제어하고 암세포만 선택적으로 표적하는 차세대 약물 전달 기술로 확장해 나갈 것"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업과 국가슈퍼컴퓨팅센터(KISTI) 혁신지원프로그램의 지원을 받아 수행됐다.
연구 결과는 'Effects of liposome composition and size on protein corona formation: competitive replacement of abundant proteins by high-affinity proteins on the liposome surface'(리포솜의 조성과 크기가 단백질 코로나 형성에 미치는 영향: 리포솜 표면에서 고농도 단백질이 고친화성 단백질로 대체되는 경쟁적 교체 현상)라는 제목으로 생명공학 분야 국제학술지 'Advanced Healthcare Materials'(IF=9.6, JCR 상위 8.8%)에 게재됐다.
