환경부 산하 국립낙동강생물자원관(관장 유호)은 돌말류(규조류)의 껍질을 ‘약물전달체 기술’에 활용할 수 있는 가능성을 확인했다고 밝혔다.
‘천연 약물전달체’ 가능성
돌말류는 하천이나 저수지 등 담수 환경에 서식하며 광합성으로 성장하는 미세생물이다. 이들은 광합성과 영양분 흡수 등을 용이하게 하기 위해, 1개의 세포에 다양한 형태의 많은 구멍을 가지고 있다. 이러한 ‘다공성’을 기반으로, 이들이 약물을 특정 부위까지 안전하게 전달하고 서서히 방출되도록 하는 약물전달체 기술에 활용될 수 있다는 것이다.
약물전달체는 질병이 발생한 부위까지 약물을 전달하기 위해 사용되는 기술이다. 전달되는 약물의 양과 방출 속도를 조절하는 것으로, 약물의 효율적 사용을 위해 중요시되고 있다.
기존 약물전달체로는 ‘인공 합성 실리카’를 사용했다. 약물의 보존 및 점진적인 방출을 위해서는 실리카 표면이나 내부에 작은 구멍이 무수하게 나 있는 다공성 구조를 제작해야 한다. 미세한 구멍을 균일하게 분포시키기 위해서는 고도화된 기술과 복잡한 공정, 높은 비용이 필요하다. 게다가 어렵게 만들어내더라도 사용 중 구조적 안정성이 유지되지 않을 우려도 있다.
그러나 담수 돌말류의 경우, 바이오실리카(규소와 산소로 이루어진 화합물)로 이루어진 단단한 껍질을 가지고 있다. 이들은 천연적으로 나노미터(㎚) 크기의 다공성 구조를 가지고 있기 때문에 복잡한 공정과 정밀한 기술 없이도 안정성 높은 약물 전달체 소재를 제공할 수 있다.
게다가 담수 돌말류는 생물인 만큼 체내에서 자체적으로 바이오실리카를 생성한다. 지속적인 공급이 가능하므로, 약물전달체를 안정적이고 지속적으로 개발할 수 있는 조건을 제공한다. 자연 유래 소재이므로 인체에 대한 안전성이 높다는 것 또한 장점이다.
내구성과 기능성 갖춘 천연 소재
국립낙동강생물자원관 연구진은 2023년부터 담수에서 분리·배양된 돌말류 껍질을 활용해 약물 전달용 바이오소재 개발을 위한 연구를 진행해왔다. 수천 종의 돌말류 중 성장 속도와 바이오 실리카 확보량을 기준으로 3종의 돌말류를 선별해 배양을 실시했으며, 국내 최초로 바이오 실리카를 확보했다.
확보된 바이오 실리카는 75℃의 높은 온도와 초음파 등의 물리적 충격에도 형태 변화가 없음을 확인했다. 또한, 위산과 유사한 pH 2의 강한 산성 환경에서도 30분 넘게 약물의 방출이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 이는 극한의 환경에서도 약물을 보호할 수 있다는 의미로, 먹는 약에도 활용할 수 있는 가능성을 보여준다.
이를 통해 만들어진 약물전달체는 견고한 내구성을 갖춘 데다가 약물을 서서히 방출할 수 있다는 것도 검증했다. 연구진은 이를 바탕으로 2024년 8월 특허를 출원했다.
단, 이번 연구는 ‘약물전달 도구’로서의 가능성을 본 결과다. 독성 등의 해로운 부분이 있는지에 대해서는 별도의 연구가 필요하다. 담수 돌말류는 수생태계내에서 피해 사례가 보고된 바가 전혀 없다. 미역이나 다시마, 매생이 등을 섭취할 때 돌말류를 자연스럽게 섭취하는 경우도 많다. 그럼에도 독소로 인한 피해 사례는 발생한 바 없기에 이 부분은 긍정적으로 전망하고 있다.
연구진은 앞으로 전임상 실험을 통해 정밀한 부분까지 확인할 예정이며, 약물전달체로 활용할 수 있는지를 보다 엄격하게 검증해나가겠다는 계획이다. 2023년에는 골다공증치료제를 대상으로 그 가능성을 확인한 바 있으며, 현재는 항암제와 항염증제를 대상으로 약물전달체 제작 및 추가 연구를 진행 중이다.
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