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Nanoemulsion 이용한 장기(臟器) 보존 효율성 증대
(Enhancing Organ Preservation With Nanoemulsions) |
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이 글은 산소와 항산화제를 동시에 전달할 수 있는 나노에멀전 연구 내용을 소개하고, 이 나노에멀전을 만드는 과정에서 Microfluidizer 장비가 어떤 역할을 하는지를 설명합니다.
(출처: Perfluorocarbon Nanoemulsions for Simultaneous Delivery of Oxygen and Antioxidants During Machine Perfusion Supported Organ Preservation)
고도화된 장기 보존 기술에 대한 절실한 필요성
장기 이식은 말기 질환 환자에게 매우 중요한 치료 방법이지만, 현실적으로 이식 가능한 장기의 수는 항상 부족한 상황입니다.
2023년 기준으로 전 세계에서 약 17만 건의 장기 이식이 이루어졌지만, 약 39만 명이 이식을 기다리고 있었고 이 중 13,639명이 대기 중 사망한 것으로 보고되었습니다.
이런 문제는 단순히 장기 공급이 부족해서만 발생하는 것이 아니라, 장기를 보존하는 과정에서 생기는 손상도 큰 원인으로 작용합니다.
특히 허혈-재관류 손상 (IRI)은 장기 거부 반응과 이식 실패를 유발하는 주요 요인으로 알려져 있으며, 기존의 정적 냉장 보관 방식으로는 이를 충분히 막기 어렵다는 한계가 있습니다.
그래서 장기의 생존성을 높이고 이식 성공률을 개선할 수 있는 새로운 보존 기술이 필요한 상황입니다.
이중 기능 구현을 위한 Perfluorocarbon Nanoemulsion
이러한 배경에서 최근 주목받고 있는 것이 퍼플루오로카본 나노에멀전 (PFC-NEs)입니다.
이 나노에멀전은 산소와 치료 물질을 동시에 전달할 수 있도록 설계된 것이 특징입니다.
구성 요소를 보면, 산소 용해도가 높은 perfluorooctyl bromide (PFOB)가 산소 전달 역할을 하고, 항산화 물질인 resveratrol (RSV)이 장기 손상을 줄이는 역할을 합니다.
실제로 이 시스템은 약 30% w/v 수준의 PFOB를 포함하도록 설계되어 산소 운반 능력을 극대화하고 있습니다.
즉, 산소를 충분히 공급하면서 동시에 산화 스트레스로부터 조직을 보호하는 기능을 하나의 시스템에서 수행할 수 있는 구조입니다.
이러한 이중 기능은 장기 보존 과정에서 매우 중요한 요소들을 동시에 해결해주기 때문에, 장기 생존율을 높이고 IRI 발생을 줄일 수 있는 가능성을 보여줍니다.
Nanoemulsion 생산에서 Microfluidizer® High Shear Processor 의 역할
하지만 이런 나노에멀전은 단순히 혼합한다고 해서 제대로 만들어지는 것이 아니라, 입자 크기가 균일하게 유지되어야 안정성과 성능이 확보됩니다. 여기서 Microfluidizer 장비가 중요한 역할을 합니다.
Microfluidizer M110S, LM20, M110P와 같은 High Shear Processor 를 사용하면 나노에멀전의 droplet size 를 균일하게 만들 수 있고, 이는 곧 제품의 안정성과 재현성으로 이어집니다.
실제로 Microfluidizer 를 통해 제조된 나노에멀전은 생산 조건과 관계없이 약 90 - 110 nm 수준의 균일한 입자 크기를 유지했으며, 분산도 (PDI) 역시 0.3 이하로 안정적으로 유지되었습니다.
※ 생산 규모 및 Microfluidizer 프로세서에 따른 배치별 비교 데이터의 일부
또 하나 중요한 부분은 실제 생산 가능성인데, 연구에서는 250 mL부터 1000 mL까지 생산 규모를 확대하면서도 입자 크기와 분포 (PDI)가 거의 변하지 않는 결과를 확인했습니다.
즉, 실험실 수준에서만 가능한 기술이 아니라, 실제 생산으로 이어질 수 있는 확장성을 갖추고 있다는 의미입니다.
PFC-NEs의 안정성과 산소 운반 능력
성능 측면에서도 결과는 긍정적입니다. PFC-NEs는 안정적인 입자 크기와 함께 높은 PFOB 함량을 유지했으며, 전체적으로 80% 이상의 로딩 효율을 보였습니다.
특히 산소 전달 능력을 보면, 머신 퍼퓨전 조건에서 PFC-NE의 산소 분압은 약 340 Torr 수준까지 도달한 반면, 기존 UW 용액은 약 250 Torr 수준에 머물렀습니다.
이는 장기 보존 과정에서 더 많은 산소를 공급할 수 있다는 의미로, 장기 기능 유지에 직접적인 영향을 줄 수 있는 중요한 결과입니다.
IRI 예방을 위한 레스베라트롤 Nanoemulsion 의 장점
또한 resveratrol이 포함된 나노에멀전은 단순히 항산화 물질을 넣은 것과 달리, 지속적으로 방출되면서 효과를 유지하는 특징을 보였습니다.
실제로 나노에멀전 형태에서는 약 5일 동안 60% 이상이 유지되는 지속 방출 특성을 보인 반면, 일반 용액에서는 빠르게 감소하는 경향을 보였습니다.
그 결과 세포 생존율이 더 높게 유지되었고, 세포 손상의 한 형태인 ferroptosis도 억제되는 것으로 나타났습니다.
ORAC 분석에서도 RSV-NE는 약 103 μM Trolox equivalent 수준의 항산화 활성을 보여, 자유 RSV 대비 더 높은 항산화 효과를 나타냈습니다.
이러한 지속적인 항산화 작용은 IRI와 관련된 산화 스트레스를 줄이는 데 중요한 역할을 합니다. .
정 리
결과적으로 이 기술은 산소 공급과 장기 손상 방지를 동시에 해결하면서도, 실제 생산까지 가능한 구조를 갖추고 있다는 점에서 의미가 큽니다.
특히 Microfluidizer 기술은 이러한 나노에멀전을 안정적으로 구현하는 데 핵심적인 역할을 하고 있으며, 장기 보존과 이식 분야에서 새로운 가능성을 제시하는 요소로 볼 수 있습니다.
앞으로는 추가적인 연구와 협업을 통해 실제 임상 적용으로 이어질 수 있을 것으로 기대됩니다.
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