흡입형 나노입자 결핵 치료, 치료 부담 줄일 가능성 보여

연구진이 현재 치료의 부담을 크게 줄일 수 있는 새로운 흡입형 결핵 치료제를 개발했다. 이번 연구는 결핵 치료에서 가장 중요한 약물 중 하나인 rifampin을 캡슐화한, 흡입 가능한 면역조절(immunomodulating)·생체적합(biocompatible) 나노입자 시스템의 개발 과정을 상세히 다룬다.

결핵 치료는 수개월에 걸쳐 여러 약물을 복용해야 하며, 심각한 부작용을 유발할 수 있다. 이 때문에 많은 환자가 치료를 끝까지 마치기 어려워 치료 실패와 약제내성 결핵으로 이어진다. Rifampin은 효과가 좋지만 경구 복용 시 두 가지 큰 한계가 있다. 간 손상을 일으킬 수 있고, 결핵균이 존재하는 폐로 충분한 약물이 도달하지 못한다.

연구진은 약물을 흡입해 폐에 직접 전달할 수 있도록 rifampin을 ‘숨으로 들이마실 수 있게’ 설계한 나노입자에 담아, 알약 대신 흡입으로 폐에 직접 전달하는 새로운 방법을 개발했다. 나노입자는 rifampin을 담는 생분해성 코어와, 대식세포(macrophages)에 잘 달라붙도록 돕는 외부 코팅, 그리고 면역세포의 흡수를 높이는 동시에 면역활성을 증강하는 표면의 자연 유래 분자로 구성된다.

이 입자들은 폐로 곧바로 도달해, 결핵균이 숨어 있는 폐 면역세포인 대식세포에 의해 흡수되도록 특별히 설계됐다. 또한 시간이 지나며 rifampin을 서서히 방출하고, 면역체계를 자극해 결핵에 대한 방어를 강화하며, 전신으로의 약물 노출을 줄여 부작용을 낮추도록 고안됐다. 이 전달 방식에서는 약물이 폐에 더 오래 머무르기 때문에, 치료가 매일이 아니라 주 1회만 필요할 가능성이 있다.

연구진은 주 1회 흡입 나노입자 치료가 Mycobacterium tuberculosis를 줄이는 데 있어 매일 경구 rifampin 복용만큼 또는 그 이상으로 효과적인지 확인하기 위해, 서로 다른 두 가지 결핵 마우스 모델을 사용했다. 하나는 일반적인 결핵 폐 감염을 반영하고, 다른 하나는 사람의 결핵성 폐 손상을 보다 가깝게 모사하며 치료가 더 어려운 중증 모델이다.

연구 결과, 흡입 나노입자 치료는 rifampin을 폐로 훨씬 더 효과적으로 전달했다. 매일 rifampin을 경구로 복용하는 것과 비교해, 흡입 나노입자는 단 1회 투여 후에도 최대 1주일까지 폐에서 더 높은 약물 농도를 훨씬 더 오래 유지했다.

Mycobacterium tuberculosis를 포함한 모든 연구는 결핵 연구에 전국적으로 요구되는 표준 실험 환경인 인증된 생물안전 3등급(Biosafety Level 3, BSL-3) 시설에서 수행됐다. 이러한 시설은 확립된 연방·주·기관 규정에 따라 운영되며, 출입 통제, 특수 환기, 멸균 및 기타 검증된 안전 절차를 포함한다.

치료 빈도를 줄이면 치료 순응도를 높이고, 부작용을 낮추며, 전 세계적으로 결핵 치료 접근성을 개선할 수 있다. 다음 연구 단계는 결핵 치료의 핵심인 병용요법을 지원하기 위해, 이 나노입자를 다른 표준 결핵 항생제와 어떻게 통합할 수 있는지에 초점을 맞출 예정이다.

Rifampin은 결핵 치료제에 그치지 않는다. 미국에서 점차 중요성이 부각되고 있는 Mycobacterium kansasii와 Mycobacterium xenopi 같은 비결핵항산균(non-tuberculous mycobacteria)에 의해 발생하는 다른 중증 폐 감염에서도 핵심 약물이다. 이러한 감염은 만성 폐질환 환자에게 흔히 영향을 미치며 치료가 어려울 수 있다.

Rifampin의 주요 제한점 중 하나는 경구 복용 시 간 효소를 강하게 활성화해, Mycobacterium avium/intracellulare complex (MAC) 폐질환 치료의 근간인 azithromycin과 clarithromycin 같은 다른 중요한 항생제의 효과를 떨어뜨린다는 점이다. 이러한 상호작용 때문에 rifampin은 도움이 될 수 있음에도 종종 사용이 회피된다. 전신이 아니라 폐에 직접 rifampin을 전달하면, 전신 노출은 최소화하면서 폐에서 높은 약물 농도를 달성할 수 있을 것으로 보인다.

이번 연구 결과는 학술지 Antimicrobial Agents and Chemotherapy에 게재됐다.