원자력연구원, 미생물로 방사선 방호 가능성 확인

차세대 생물소재 엑소좀의 방사선 방호 효과·기전 확인
소재 분야 최우수 국제학술지 논문 게재, 방사선 방호제 개발·실용화 기대

방사선 노출로 손상된 인간의 장기 회복은 중대한 의료 과제다. 이에 따라 방사선 장애를 막는 방사선 방호제를 개발하기 위해 전 세계가 노력하고 있지만, FDA에서 승인된 방호제들 역시 독성이나 부작용이 있어 제한적으로 사용하고 있다. 이에 국내 연구진이 미생물을 활용해 안전하게 장기 손상을 완화하는 방법을 입증해 화제다.

한국원자력연구원 첨단방사선연구소는 방사선 저항성 미생물 데이노코커스 라디오두란스(Deinococcus radiodurans)에서 분리한 세포외 소포체인 엑소좀이 뛰어난 방사선 방호효능을 나타내는 것을 확인했다고 26일 밝혔다.

데이노코커스 라디오두란스(Deinococcus radiodurans): 미항공우주국(NASA)에서 진행한 우주실험에서 강한 태양광선과 방사선을 버틴 미생물, 지구상에서 가장 강력한 방사선 저항성을 가지고 있다.

세포외 소포체는 세포가 밖으로 분비하는 나노물질로 세포 간 의사소통에 중요한 역할을 한다. 질병의 예방, 치료, 진단에 사용할 수 있는 차세대 생물 소재다.

기존의 방호제는 화학 물질로 제조하는 방식이 일반적이다. 미생물을 활용해 방사선 방호제를 개발하는 시도는 원자력연구원이 최초다.

연구원 변의백 박사팀은 먼저 데이노코커스 라디오두란스를 대량으로 배양해 초원심분리로 엑소좀을 분리했다. 그리고 연구원이 보유한 연구용 방사선 조사시설을 활용해 방사선 피폭량과 신체 손상의 상관관계를 알 수 있는 방사선 피폭·손상 모델을 설계했다. 그 후 실험용 쥐 그룹을 둘로 나눠, 한쪽에는 엑소좀을 투여하고 나머지는 그대로 두었다. 약 한 시간 뒤 방사선 8Gy(그레이, 일반적인 암치료 1회 시 방사선량: 2~3Gy)을 양 그룹에 조사(照射)한 결과, 엑소좀 투여 그룹의 생존율이 비투여 그룹 대비 70% 가량 증가한 것을 알 수 있었다.

보통 방사선에 피폭되면 혈액세포를 생성하는 조혈계와 소화를 담당하는 위장관계에 큰 손상을 입는다. 하지만 엑소좀을 투여한 쥐들은 황산화 능력이 향상되고 염증반응이 억제되어 양 기관 모두 거의 손상되지 않은 것을 확인했다. 기존 FDA 승인 방사선 방호제들이 한 장기의 손상을 회복하는 데 반해 이번 연구 개발로 여러 장기를 보호하는 길이 열렸다.

또한 연구팀은 엑소좀이 실험용 쥐에 미치는 영향을 분석한 결과 뛰어난 생체적합성을 가지는 것을 확인했다. 따라서 이 엑소좀을 활용한 방사선 방호제는 생체에 안전하고 독성이나 부작용이 없어, 현재 제한적으로 사용되는 FDA 승인 방사선 방호제의 한계를 뛰어넘을 것으로 전망한다. 향후 연구팀은 기존 FDA에 승인된 방사선 방호제들과 방사선 저항성 미생물에서 분리한 엑소좀을 혼합해 실험을 추가적으로 진행할 계획이다.

과학기술정보통신부 원자력연구개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 소재 분야 최상위 국제학술지인 어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials, 영향력지수:10.0, 소재 분야 상위 5%)에 2024년 12월 게재됐다.

연구원 정병엽 첨단방사선연구소장은 “아직 FDA에서 승인된 복합 장기 보호 효능을 가진 방사선 방호제는 없다"라며 “격동하는 안보 위기, 방사선 항암치료, 우주시대에 꼭 필요한 연구를 통하여 산업화를 이루겠다"고 밝혔다.

전지성 기자 jjs@ekn.kr