시간, 비용 획기적 절감…COPD 환자 부작용 해결 기대

천식 및 만성폐쇄성 폐질환(COPD)의 치료제로 사용되는 기관지 확장제인 ‘테오필린’(Theophylline)의 혈중 농도를 신속하고 정확하게 검출할 수 있는 기술이 처음으로 개발됐다.

기관지 확장제로 사용되는 테오필린은 혈중농도 상승에 따른 부작용을 우려하여 보통 연령·증상·합병증 등을 고려하여 환자 개개인에 맞는 적정 복용량을 결정한다.

그러나 개인마다 복용량에 대한 흡수가 달라서 같은 복용량이라도 테오필린의 혈중농도 증가될 수 있어 환자에게 테오필린을 투여할 경우 혈중농도의 지속적인 측정이 요구된다.

현재 테오필린 약물의 혈중농도 분석에 사용되는 방법은 크로마토그래피, 자외선 분광법, 효소면역측정법이 있으나 복잡한 실험절차와 숙련된 기술을 필요로 하여 분석 비용과 시간이 많이 걸려 환자들에게 부담이 크다.

한국과학기술원 생명화학공학과 박현규(사진) 교수팀은 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업의 바이오나노헬스가드연구단의 지원으로 연구를 실시했다.

연구팀은 테오필린과 은 이온에 특이적으로 반응하는 DNA를 이용해 테오필린의 혈중 농도를 측정하는 기술을 개발했다.

조작된 DNA를 테오필린 복용자의 혈액과 반응시켜 혈중 테오필린의 양이 적을 경우, 은 이온이 조작된 DNA와 반응하여 형광특성을 가진 은 나노클러스터를 형성해서 강한 형광신호가 나오며 반대로 테오필린의 양이 많은 경우에는 형광신호가 약해진다.

연구팀은 이 형광신호의 차이를 적용하여 혈액 내에 존재하는 테오필린 약물을 성공적으로 분석해 내어 임상 유용성을 입증했다.

이번 연구는 혈중 테오필린의 농도 분석을 기존보다 시간은 1/20로 가격은 1/15로 줄일 수 있는 기술로써, 향후 테오필린의 부작용을 우려하는 COPD 환자들이 간편하게 혈중농도를 측정해 안전하게 테오필린 사용할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 실용화를 위해서는 테오필린 검출 시간의 단축을 위해 은 나노클러스터 형성 조건의 최적화가 필수적으로 이 부분만 최적화로 맞추어 지면 실용화는 3~4년 후에 될 것으로 예상했다.

박현규 교수는 “이번 연구는 기존 검출 시스템의 문제점을 극복해 손쉽고 신속한 분석을 가능하게 해주는 새로운 원천기술이며, 다양한 병원체 물질 및 화학물질의 검출 기술로 확대될 잠재력이 매우 크다”라고 연구 의의를 밝혔다. 

이 연구결과는 나노 분야의 국제저명 학술지인 '나노스케일(Nanoscale)' 7일자의 표지논문으로 선정됐다.

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