과학자들은 콜라겐 생성을 코딩하는 mRNA로 로드된 세포외 소포가 쉽게 생성되어 시험관 내 및 생체 내에서 노화된 섬유아세포로 전달되어 콜라겐 수치를 높이고 쥐의 피부 노화 징후를 제거 할 수 있음을 입증했다 [1].

우수한 배송 방법

분자화물을 세포로 전달하는 좋은 방법을 찾는 것이 중요하다. mRNA 기반 SARS-CoV2 백신과 같은 일부 새로운 치료법은 mRNA의 면역원성과 불안정성 문제를 해결하기 위해 지질 나노입자(LNP)를 활용한다. 그러나 LNP에는 자체 문제가 없는 것이 아닙니다. LNP도 면역원성과 세포독성이 있을 수 있으며 표적 세포 유형과 관련하여 충분히 특이적이지 않은 경우가 많다.

세포외 소포(EV)는 LNP의 좋은 대안이 될 수 있다. 전기자동차는 본질적으로 세포막에서 떨어져 나와 세포 간 통신을 촉진하고 면역 반응을 일으키지 않고 세포 사이에 다양한 분자를 이동시키는 작은 물방울이다. 그러나 특정 분자 화물을 적재한 맞춤형 소포를 만드는 것은 쉽지 않다.

콜라겐이 듬뿍

Nature 에 발표된 이 새로운 연구에서 연구원들은 콜라겐 I 알파 I(COL1A1)을 암호화하는 mRNA가 적재된 소포를 생성할 수 있었다. 노화와 관련된 콜라겐 고갈은 세포외 기질의 분해와 피부 노화로 이어진다[2]. 많은 제품과 절차가 콜라겐 결핍에 도움이 된다고 주장하지만 저자가 지적한 바와 같이 현재 사용 가능한 기술 중 어느 것도 장기적인 콜라겐 대체를 달성하는 데 효과적이지 않았다.

동일한 연구자 그룹이 이전에 CNP(cellular nanoporation)라고 하는 EV 생산 방법을 개발했다[3]. 그것을 사용하여 그들은 콜라겐 단백질을 생성하는 세포인 노화된 섬유아세포에 도입된 유사한 EV를 만들었다. 새로운 방법으로 생성된 EV는 기존의 벌크 전기천공법(BEP)으로 생성된 EV보다 200배 이상, 대조군 세포에서 자연적으로 분비되는 EV보다 3,000배 더 많은 COL1A1 mRNA 양을 포함했다.

그런 다음 연구원들은 배양된 섬유아세포를 COL1A1-EV로 48시간 동안 처리했습니다. 흥미롭게도 이것은 콜라겐 함량뿐만 아니라 섬유아세포의 증식도 증가시켰다. COL1 단백질의 전구체인 pro-collagen I의 수준은 COL1A1-EV 치료 후 크게 증가하여 내인성 콜라겐 생산의 급증을 보여준다.

주름이 사라진다

생체 내 실험을 위해 연구원들은 주름이 많은 인간의 피부 노화를 밀접하게 모방하는 UV 유도 급성 광노화의 마우스 모델을 사용했다. 그들은 조사되지 않은 건강한 대조군과 콜라겐 함유 LNP로 치료받은 그룹에 대해 EV를 움푹 패였다.

COL1A1 mRNA는 국소 피부 조직에서 상당히 증가하여 EV 전달 후 12시간에 최고조에 달했고 4일 후에 기준선 수준으로 돌아왔습니다. LNP와 EV 치료 모두 주름 수와 면적이 감소했지만 EV 그룹에서는 그 효과가 훨씬 더 두드러졌다. 28일까지 EV 그룹은 건강한 대조군만큼 주름이 적었습니다. COL1A1-EVs와 COL1A1-LNPs로 처리한 피부도 더 높은 탄력과 견고함을 보였다.

마우스의 하위 집합을 한 달 동안 모니터링했다. 불행하게도 주름은 약 1주일 후에 다시 나타났고, 추적 관찰 기간이 끝날 무렵(치료 후 약 2개월)에는 주름의 수와 면적이 치료 전 수준과 구별할 수 없게 되었다.

연구원들은 또한 LNP와 EV의 면역원성 부작용을 비교했다. 주사 24시간 후, COL1A1-LNP로 처리된 피부는 발적, 부종, 면역 세포 모집 및 높은 수준의 염증성 사이토카인 TNF-α, IL-6, IL-1β 및 IFN-γ를 나타냈다. 반대로, COL1A1-EV로 처리된 조직은 강력한 염증 반응을 나타내지 않아 EV가 LNP보다 면역원성이 훨씬 적다는 것을 보여준다.

미세바늘과 반복치료

그런 다음 연구원들은 EV를 적용하는 다른 방법으로 실험을 반복했다. 주사 대신 전기자동차로 처리한 마이크로니들 패치를 사용했다. 이러한 패치는 베이스와 미세바늘 층으로 구성됩니다. 적용 후 베이스가 제거되고 마이크로니들이 화물과 함께 피부에 용해된다.

분석에 따르면 피하 주사바늘 주입으로 인해 EV가 고르지 않게 전달되고 뭉치는 반면 미세바늘로 전달된 EV는 더 잘 분산되는 것으로 나타났다. 또한 마이크로니들 방식이 더 효과적이어서 주사에 비해 주름 감소가 2배 이상 오래 지속된다.

마지막으로 콜라겐 대체와 주름 감소가 더 오래 유지될 수 있는지 알아보기 위해 연구자들은 생쥐에게 월간 치료를 실시했는데 부작용 없이 계속해서 효과적이었다. 마이크로니들 치료도 여기에서 우수한 것으로 입증되었다.

결론

이러한 결과는 mRNA를 통해 내인성 콜라겐 생성을 촉진하면 적어도 일시적으로 노화에 따른 피부 주름을 개선할 수 있음을 보여준다. 이 개념 증명 연구는 고무적인 결과를 제공하고 번역 가능성이 높은 두 가지 유망한 기술인 CNP로 만든 EV를 통한 mRNA 전달과 EV 응용을 위한 미세 바늘을 보여준다.

문헌

[1] You, Y., Tian, ​​Y., Yang, Z. et al. 콜라겐 대체 요법을 위한 진피 전달 mRNA 캡슐화 세포외 소포. Nat. 바이오메드. 영어(2023).

[2] Sparavigna, A. (2020). 피부 노화에서 세포외 매트릭스의 역할 및 전용 치료-최신 기술. 플라스틱 및 미학 연구, 7, 14.

[3] Yang, Z., Shi, J., Xie, J., Wang, Y., Sun, J., Liu, T., … & Lee, LJ (2020). 세포 나노포레이션을 통한 기능성 mRNA 캡슐화 엑소좀의 대규모 생성. 자연의생명공학, 4(1), 69-83.