I 형 콜라겐 (Type I Collagen)유래 아텔로콜라겐 (atelocollagen)

This scanning electron micrograph (SEM) clearly shows the banded pattern that is characteristic of collagen.   Science Photo Library - STEVE GSCHMEISSNER / Getty Images

콜라겐은 인체의 결합조직을 구성하는 단단한 단백질입니다. 학술적으로 20개도 넘는 종류로 나뉠 수 있지만 역시 가장 중요한 것은 Type I, II, III 라고 볼 수 있습니다. 

콜라겐 Collagen

콜라겐 Collagen

 

Type I 콜라겐을 아텔로콜라겐(atelocollagen)으로 만드는 이유 

type I 의 경우 제약업계에서 약물전달에 활용 가치가 있습니다. 콜라겐 섬유 마지막 끝의 telopeptide  부분을 제외한 영역은 인체내 면역원성이 없기 때문에 나머지 콜라겐 섬유 부분에 약물을 태우면 내피 세포 등으로 잘 흡수된다는 연구들이 있습니다. 해당 약물은 펩타이드 또는 이 콜라겐에 잘 결합될 수 있는 핵산 약물 등이 가능할 것입니다. 이때 주로 이용되는 부분은 N 말단과 C 말단을 제외한 (잘라낸) 부분인 3가지 펩타이드로 이루어진 콜라겐 줄기(atelocollagen) 부분입니다. 

콜라겐 type I  의 분자 구조에는 우향성 3중 나선 영역 (triple helix) 과  N말단 및 C말단에 비 나선 영역인 텔로펩타이드 (telopeptide) 영역이 있습니다.  텔로펩타이드 영역은 두 개의 α1 체인과 하나의 α2 체인으로 이루어져 있습니다. 삼중 나선 영역은 종 간에 보존되어 있어서(conserved) 면역원성이 낮지만 텔로펩타이드 영역은 면역원성이 높습니다. 그래서 인체에 적용하면 면역반응이 발생해서 거부되거나 염증이 발생하게 됩니다. 따라서 펩신 (pepsin) 같은 프로테아제 (protease) 처리로 텔로펩타이드 영역을 제거한 후 생성된 아텔로콜라겐 (atelocollagen) 으로 만듭니다.

아텔로콜라겐의 활용

아텔로콜라겐은 콜라겐 성질을 유지하므로 그 기능을 활용할 수 있을 뿐 아니라 약물 전달/ 재생 등의 의료용 기능성 소재로의 이용과 개발이 가능합니다. 

조직공학적 이용

아텔로콜라겐은 4°C에서 액체 상태로, 37°C에서 고체 상태가 됩니다.  그래서 이미 1970년대부터 조직공학에 많이 이용되어 왔습니다.  실제로 소나 돼지에서 피부에서 쉽게 추출할 수 있어서, 소에서 추출한 콜라겐 필러가 1981년에 최초로 미국 FDA 시판허가를 받았습니다. 무릎 연골을 보충하는 콜라겐으로 많이 활용되고 있습니다. 즉  아텔로콜라겐은 미국 FDA(미국 식품의약국) 뿐 아니라 여러 국가에서 원료의약품으로 등재된 원료입니다. 이렇게 정형외과, 신경외과에서 많이 사용하고  다양한 화장품 원료로도 이용된다고 합니다.

약물전달체로의 이용

또한  강력한 양전하(pI 9)를 가지기 때문에 음전하를 띠는 치료용 단백질을 전달하는데 활용되어 오기도 했고, 최근에 유전자치료제 개발이 활발해지면서 DNA 나 RNA를 전달할 수 있는 운반체 연구가 활발한데, 아텔로콜라겐은 이미 오래전 부터 연구실에서 연구가 되어 왔습니다. 하지만 이런 쪽에 주로 언급되는 것은 지질나노입자나 AAV 같은 인기기술분야이고, 아텔로콜라겐이 언급된 적이 별로 없어서 의아하긴 합니다. 아마 특허성이 없는 이유로  활용되지 못하는 것이 아닌가 싶습니다.  

콜라겐  from wikipedia

 

기타 콜라겐의 활용

콜라겐과 아텔로콜라겐의 삼중 나선을 열 붕괴로 풀게 되면 젤라틴이 생성됩니다. 젤라틴은 무작위 코일 (random colil structure) 의 단일 폴리펩타이드이며 면역원성이 높습니다.  이를 강산, 강염기 또는 효소 처리 가수분해로 얻은 펩티드를 가수분해 콜라겐이라고 합니다.  젤라틴과 가수분해 콜라겐은 콜라겐에 비해 구조적 차이로 인해 완전히 다른 성질을 가지고 있습니다. 이 가수분해 콜라겐은 콜라겐보충제로 이용됩니다. 

https://atelocollagen.com/en/