GIST-성균관대, 심근경색 손상 심장에 약물 직접 전달하는 ‘붙이는 주사형 하이드로젤’ 개발 – GIST 의생명공학과 류동렬 교수·성균관대 신미경 교수 공동 연구팀, 심장 세포의 에너지 대사 돕는 물질을 전달하는 ‘아이엔젤(iANgel)’ 개발… 심장 표면에 부착해 3일간 서서히 방출 – 생쥐 실험서 심장 기능 개선 효과 28일간 유지… 미토콘드리아 기능 보호 및 염증·조직 손상 완화 확인 – 국제학술지 《Advanced Functional Materials》 게재 ▲ (왼쪽부터) GIST 의생명공학과 류동렬 교수(공동 교신저자), 웨이쉬보 박사(공동 제1저자) 광주과학기술원(GIST·지스트, 총장 임기철)은 의생명공학과 류동렬 교수와 성균관대 학교 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 공동 연구팀이 심근경색으로 손상된 심장에 세포의 에너지 대사를 회복시키는 물질을 직접 전달하는 주사형 하이드로 젤 ‘아이엔젤(iANgel)’을 개발했다고 밝혔다.
심근경색이 발생하면 심장 근육에 혈액과 산소 공급이 줄어들면서 세포의 에너지 생산을 담당하는 미토콘드리아 기능이 저하된다. 이 과정에서 염증과 산화 스트레 스가 증가하고 심장 조직의 손상이 심해질 수 있다.
연구팀은 이러한 손상을 줄이기 위해 세포가 에너지를 만들고 손상에 대응하는 데 필요한 생체 내 핵심 성분인 조효소 ‘NAD⁺(니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타 이드)’에 주목했다. NAD⁺는 심근경색 발생 후 심장 조직에서 급격히 감소하며, 이를 보충하면 손상된 심장 세포의 기능 회복을 도울 수 있다.
그러나 NAD⁺를 보충하는 물질을 경구나 정맥으로 투여하면 혈액을 따라 온몸으로 퍼지기 때문에 손상된 심장 조직에 충분히 전달하기 어렵다. 약물이 필요한 부위에 머물면서 일정 시간 작용하도록 하는 데도 한계가 있다.
▲ 기존 NAD⁺ 증진제의 전달 한계 연구팀은 이를 극복하기 위해 체내에서 NAD⁺로 바뀌어 세포의 에너지 대사에 활용 되는 ‘NR(니코틴아마이드 리보사이드)’을 탑재한 주사형 하이드로젤 아이엔젤을 개 발했다. 손상된 심장 조직에 직접 주입할 수 있고, 심장 표면에도 부착해 NR을 서 서히 방출하도록 설계했다. 치료 물질을 필요한 부위에 집중적으로 전달하고 지속 적으로 공급할 수 있도록 한 것이다.
아이엔젤은 주사로 투여할 수 있을 뿐 아니라 끊임없이 움직이는 심장 표면에도 안정적으로 부착되는 것이 특징이다. 연구팀은 약물을 붙잡아 서서히 방출하는 소 재와 심장 조직에 잘 달라붙는 소재를 결합해 이러한 특성을 구현했다.
두 소재를 혼합하면 NR을 머금은 하이드로젤이 빠르게 형성되며, 약물이 한꺼번에 빠져나가지 않고 서서히 방출된다. 조직 접착 특성 덕분에 박동하는 심장에서도 하 이드로젤이 쉽게 떨어지지 않는다.
실제 실험에서 아이엔젤은 주사기와 카테터를 통해 투여할 수 있었으며, 심장 조직 에 부착된 상태로 NR을 방출했다. 연구팀은 심근경색 직후 염증과 조직 변화가 활 발하게 일어나는 초기 3일에 치료 물질이 집중적으로 공급되도록 설계했다.
연구팀은 심근경색을 유도한 생쥐 모델에서 아이엔젤의 치료 효과를 확인했다. 아 이엔젤을 투여한 생쥐에서는 심장 조직의 NAD⁺ 수치가 회복되고 심장 수축 기능과 혈액을 내보내는 기능이 개선됐다.
특히 심장 근육에 직접 주사하고 심장 표면에도 부착하는 방식을 병행했을 때 효 과가 가장 두드러졌다. 반면 NR을 복강에 주사해 전신에 투여한 그룹에서는 같은 수준의 개선 효과가 나타나지 않았다.
심장 초음파 검사에서는 심장이 혈액을 내보내는 능력을 나타내는 박출률과 수축 기능이 개선됐으며, 심전도 검사에서도 심근경색으로 인한 전기적 신호의 이상이 완화됐다. 심장 조직의 염증과 섬유화, 손상도 줄어드는 것으로 확인됐다.
28일간 추적 관찰한 결과에서도 심장 수축 기능과 심전도상의 개선 효과가 유지됐 다. 이는 아이엔젤의 초기 치료 효과가 심근경색 이후 심장 조직이 회복·재구성되는 과정에서도 이어질 수 있음을 보여준다.
▲ 심근경색의 NAD⁺ 감소와 아이엔젤(iANgel)의 심장 보호 전략 연구팀은 아이엔젤이 심장 기능을 개선하는 작용 원리도 확인했다. 핵심은 NAD⁺를 보충해 세포 보호 기능과 관련된 단백질 ‘SIRT1’의 작용을 회복시키고, 이를 통해 미토콘드리아 기능을 보호하는 것이다.
아이엔젤을 통해 NAD⁺가 보충되면 염증 반응을 조절하는 신호가 억제되고, 철과 지질의 산화 반응으로 세포가 손상되는 ‘페롭토시스(ferroptosis·철 의존성 세포 사 멸)’도 완화되는 것으로 나타났다. 미토콘드리아의 에너지 생산 기능이 유지되고 산 화 스트레스가 줄어드는 효과도 확인됐다.
이번 연구는 치료 물질을 심장에 직접 전달하는 기술과 세포의 에너지 대사를 회 복시키는 접근을 결합해 심근경색으로 인한 심장 손상을 줄일 수 있는 가능성을 제시했다.
연구를 이끈 류동렬 교수는 “아무리 뛰어난 치료 물질이라도 필요한 장기에 적절한 시점에 충분히 전달되지 않으면 치료 효과를 기대하기 어렵다”며 “이번 연구는 심 장에 치료 물질을 직접 전달하는 기술과 세포의 에너지 대사 회복을 결합했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
이어 “기존의 막힌 혈관을 뚫어 혈류를 회복시키는 재관류 치료와 병행해 심장 세 포의 대사 회복을 돕는 보조 치료 전략으로 발전시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
류동렬 교수는 NAD⁺ 대사와 유로리틴 A 등 건강노화 관련 물질의 작용 및 치료 가능성을 연구해 온 노화·대사 생물학 분야 전문가다. 미국 스탠퍼드대학교와 글로 벌 학술정보 분석기업 엘스비어(Elsevier)가 선정하는 ‘세계 상위 2% 연구자’에 5년 연속(2022~2026년) 이름을 올렸다.
이번 연구는 GIST 류동렬 교수와 성균관대학교 신미경 교수가 공동 교신저자로 참 여하고, 성균관대학교 김성동 박사와 GIST 웨이쉬보(Shibo Wei) 박사가 공동 제1저 자로 수행했으며, 과학기술정보통신부·한국연구재단의 지원을 받았다.
연구 성과는 재료과학 및 바이오소재 분야 국제학술지 《어드밴스드 펑셔널 머티리 얼즈(Advanced Functional Materials)》에 2026년 10월 26일 온라인으로 게재됐다.
논문 정보 ○ 논문명, 저자 정보 – 저널명: Advanced Functional Materials(IF: 19.9, 2025년 기준) – 논문명: Localized Nicotinamide Riboside Delivery Through a Reversible Affinity Hydrogel Promotes Myocardial Restoration (DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.79275) – 저자 정보: 김성동(공동 제1저자, 성균관대학교 글로벌바이오메디컬공학과), 웨이쉬보 (공동 제1저자, GIST 의생명공학과), 류동렬(공동 교신저자, GIST 의생명공 학과), 신미경(공동 교신저자, 성균관대학교 글로벌바이오메디컬공학과) 등
