장까지 안전하게 도달하는 경구용 엑소좀 개발

염증성 장질환은 장에 만성 염증이 생겨 복통, 설사, 혈변 같은 증상이 반복적으로 나타나는 질환이다. 대표적으로 궤양성 대장염과 크론병이 있으며, 최근에는 환자 수가 전 세계적으로 꾸준히 증가하고 있다. 하지만 기존 치료제는 장까지 충분히 도달하지 못하거나 효과가 제한적인 경우가 많아, 장에서 안정적으로 작동하는 새로운 치료 전략이 필요했다.

이에 차 의과학대학교 바이오융합과학과 박홍근 교수 연구팀은 환자의 복약 편의성을 고려한 ‘엑소좀 경구 투여제’를 개발했다. 연구진은 위산과 소화 효소로부터 엑소좀을 보호해 대장까지 전달하기 위해, 엑소좀 표면에 두 가지 코팅을 순차적으로 적용했다. 먼저 산성 환경에서 안정성을 높이는 양이온성 코팅을 한 뒤, 장에서 특이적으로 반응하는 겔 코팅을 입혀 위에서는 견디고 장에서는 풀리는 구조를 구현했다. 여기에 염증 조절 물질까지 함께 담아 경구 투여가 가능하도록 설계했다. 이를 통해 엑소좀이 소화 과정에서 쉽게 분해되지 않고 장까지 효과적으로 전달되도록 했다.

염증을 줄이고 손상된 장을 회복시키는 기술

‘알지네이트 겔(gel)’은 생체적합성이 높은 하이드로겔로, 산성 조건에서는 겔화되고 산도가 높아지면 해리(解離: 풀려서 떨어짐)되는 특성이 있다. 연구진은 모의 위액과 장액에서 이러한 특성을 활용해 이중 코팅 엑소좀 플랫폼의 기능을 평가했다. 그 결과, 이중 코팅 플랫폼은 상부 위장관에서는 구조적으로 안정성을 유지하고, 장내 환경에서는 제어된 해리를 통해 엑소좀과 약물을 표적에 전달할 수 있음을 보여주었다.

알지네이트 겔이 해리된 뒤에는 남아 있는 양이온성 코팅층이 대장에서 기능한다. 이 층은 음전하를 띠는 세포막과 더 잘 상호작용해 단순히 대장에 머무는 것이 아니라 세포 내 흡수도 높일 수 있다. 실제로 대장염 동물 모델에서 이중 코팅 엑소좀은 기존 엑소좀보다 대장 내 누적량이 더 많았다. 이는 장 장벽을 넘어 표적 세포까지 엑소좀을 효과적으로 전달해 항염증 효과를 높일 수 있음을 시사한다.

염증성 장질환 치료의 새 방향

더 나아가 연구팀은 대장염을 유도한 실험동물에 엑소좀을 경구 투여한 뒤, 장 길이와 조직 손상, 염증 관련 물질의 변화를 분석했다. 그 결과, 이중 코팅 엑소좀은 기존 엑소좀이나 단일 코팅 엑소좀보다 장 염증을 더 뚜렷하게 줄였고, 손상된 장 점막도 더 효과적으로 회복시켰다.

이번 연구는 엑소좀을 단순한 전달체가 아니라, 장까지 안전하게 도달해 작동하는 경구용 치료 플랫폼으로 확장했다는 점에서 의미가 크다. 위와 장 등 서로 다른 환경에 맞춰 코팅을 조절한 방식은 약물이 필요한 부위에만 선택적으로 작용할 수 있다는 점에서도 효율적이다. 이 기술은 앞으로 염증성 장질환뿐 아니라 다른 장 질환이나 경구용 나노치료제 개발에도 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다.