리포솜

리포솜은 인위적으로 만든 1개 이상의 지질 2중층(lipid bilayer)으로 되어 있는 구형의 소낭(vesicle) 구조물이다. 일반적으로 지질 2중층은 인지질(phospholipid), 특히 포스파티딜콜린(phosphatidylcholine)이나 계란에서 유래한 포스파티틸에탄올아민(phosphatidylethanolamine)으로 만든다. 리포솜은 영양분이나 약물 전달에 이용되며, 안에는 화장품, 항미생물, 항산화 및 방향 물질, 생물학적 활성을 갖지만 불안정한 물질을 넣어 캡슐화시킨다.¹⁾²⁾

목차

리포솜은 그리스어 lipo(fat을 의미)와 soma(body를 의미)의 합성어로 인지질(phospholipid)을 포함하는 데서 유래하였다. Alec Bangham는 1961년에 처음으로 부풀어 오른 얇은 인지질 판(lamellae)을 전자현미경 관찰을 목적으로, 건조시킨 인지질에 염색약을 떨구어 관찰하면서 리포솜을 발견하였다.³⁾ 리포솜이라는 용어는 Bangham과 토론 중이던 Weissmann이 처음으로 사용하기 시작하였다.⁴⁾ 이후 시간이 자나면서 양이온(cation)성의 리포솜은 약물과 유전자 전달에 광범위하게 이용되기에 이르렀다.

리포솜은 크기에 따라 매우 작은 것(0.025 μm)부터 큰 것(2.5 μm)까지 다양하다. 또한 인지질 층의 수에 따라 단일층(monolayer), 2중층(bilayer), 여러 개의 2중층으로 되어 있는 것까지 구조와 형태에 따라 구분된다. 소낭의 크기는 리포솜의 분해속도에 직접 영향을 미치며, 크기와 2중층의 수는 수용하는 약물의 종류와 양을 결정한다. 2중층의 크기와 수에 따라 리포솜은 다중막소낭(multilamellar vesicle, MLV)과 작은 단일막소낭(small unilamellar vesicle, SUV)으로 나뉘며, 단일막소낭은 거대 단일막소낭(large unilamellar vesicle, LUV)과 소형 단일막소낭(small unilamellar vesicle, SUV)으로 구분된다. 단일막소낭 리포솜의 소낭은 수용액을 둘러싼 하나의 2중층을 갖고, 다중막소낭 리포솜의 소낭은 음이온(anion)의 특성을 갖는다.

① 유기용매를 이용한 지질의 건조

② 수용성 매질에 지방 산포(dispersion)

③ 만들어진 리포솜의 정제

④ 리포솜 분석

① 수동 캡슐화 기술

② 능동 캡슐화 기술

수동 캡슐화는 기계적(mechanical) 또는 용매(solvent)를 이용한 산포, 계면활성제(detergent)를 이용한 방법으로 구분된다. 기계적 산포 방법(mechanical dispersion method)은 초음파 처리(sonication), 프렌치 프레스(French pressure)에 의한 세포 압출, 동결과 해동(freeze-thawing), 지질필름수화(lipid film hydration), 에멀션화, 막 사출에 의한 캡슐화를 포함한다. 이들 방법 중에서 초음파 처리에 의한 SUV의 캡슐화가 가장 많이 이용되며, 탐침(probe)의 크기와 종류를 바꾸어 MLV의 캡슐화에도 이용된다. 프렌치 프레스는 안전성이 낮은 물질의 캡슐화에 주로 이용하며, 약 50 ml 이하의 소규모 용으로 고온이 필요한 시료에 사용하기 어려운 단점이 있다. 동결-압축 방법은 단일막 리포솜에 많이 이용되며 인지질의 조성에 따라 20~30%의 효율을 나타낸다.

캡슐화 이후 리포솜에 포함되지 않은 물질의 제거는 투석(dialysis), 유기물로 코팅된 비드(bead)의 이용, 겔 투과 크로마토그래피(gel permeation chromatography), 희석 등의 방법을 이용한다.

약물을 포함한 물질의 효율적인 전달을 위한 리포솜의 주요한 기능은 특정한 세포나 기관 표적에 해당 물질을 전달시키는 것이다. 물질 전달은 능동적이거나 수동적인 방법이냐에 따라 좌우된다. 수동적인 전달은 리포솜의 자연적인 확산 패턴에 의존하며, 표면에 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol, PEG)을 결합시키는 방법이 한가지 대표적인 예이다. 능동적 전달은 표적세포 표면에 있는 특정 분자나 거대분자(단백질 등)를 인식할 수 있는 리간드의 부착과 같은 방법을 이용한다. 능동 전달의 한 가지 예는 당단백질(glycoprotein)인 트랜스페린(transferrin)을 세포를 투과할 수 있는 리간드로 이용하는 것이다. 리포솜 내의 물질에 대한 표적세포 전달 여부는 마우스와 같은 실험동물을 이용하여 테스트한다. 리포솜에 의해 수동 및 능동적 전달을 모식도(그림)와 그 예(표)는 다음과 같다.

리포솜을 이용한 약물의 전달 방법. (출처: 한국식물학회)

FDA 승인이 완료되어 판매중인 리포솜 기반 의약품⁵⁾

식물의 형질전환은 아그로박테륨(Agrobacterium), 유전자총(particle bombardment, gene gun), 원형질체를 이용한 다양한 방법이 이용되지만, 각 방법마다 장점과 단점을 모두 포함하고 있다. 아그로박테륨와 유전자총을 이용한 방법이 가장 일반적이지만, 1980~1990년대에는 리포솜을 이용한 원형질체 형질전환이 몇몇 식물종에서 성공적으로 이루어지기도 하였다.⁶⁾ 캡슐화한 RNA의 전달은 전달 물질의 불안정성을 극복하는 방법으로 최근 다시 활발히 연구되고 있는 분야이다.

1. Akbarzadeh A, Rezaei-Sadabady R, Davaran S 등 (2013) Liposome: classification, preparation, and applications. Nano Res Lett, 8: 102
2. Matosevic S (2016) Pharmaceutical liposomal drug delivery: a review of new delivery systems and a look at the regulatory landscape AU - Zylberberg, Claudia. Drug Delivery, 23: 3319-3329
3. Bangham AD, Horne RW (1964) Negative staining of phospholipids and their structural modification by surface-active agents as observed in the electron microscope. J Mol Biol, 8: 660-668
4. Matosevic S (2016) Pharmaceutical liposomal drug delivery: a review of new delivery systems and a look at the regulatory landscape AU - Zylberberg, Claudia. Drug Delivery, 23: 3319-3329
5. Matosevic S (2016) Pharmaceutical liposomal drug delivery: a review of new delivery systems and a look at the regulatory landscape AU - Zylberberg, Claudia. Drug Delivery, 23: 3319-3329
6. Barampuram S, Zhang ZJ (2011) Recent advances in plant transformation, In Birchler JA ed, Plant Chromosome Engineering: Methods and Protocols, Humana Press, Totowa, NJ, pp 1-35