Lesson 7 of 20

단백질 코로나 — 몸이 보는 것은 입자가 아니다

제11장 「식세포는 나노입자를 보는 것이 아니다. 그 위에 붙은 단백질을 본다」

입자는 다 만들었습니다. 이제 몸에 들어갑니다. 그런데 만들어진 것과 도착하는 것은 다른 문제입니다.

91 나노미터짜리 구체는 몸 입장에서 낯선 물체입니다. 그리고 몸에는 낯선 물체를 처리하는 조직이 이미 갖춰져 있습니다 — 단핵식세포계(MPS). 간의 쿠퍼세포, 비장의 대식세포, 조직 곳곳의 식세포들.

이들이 하는 일은 하나입니다. 삼킨다.

그런데 무엇을 삼킬지 어떻게 정할까요? 눈이 달린 것도 아닌데.

옵소닌 — 몸이 붙이는 압류 딱지

코로나에 붙은 단백질 중 일부는 "이것을 먹어라" 는 표시입니다. 이런 단백질을 옵소닌(opsonin), 붙는 일을 옵소닌화 라고 합니다.

옵소닌	식세포의 수용체	결과
보체 C3b	보체 수용체 (CR1·CR3)	삼켜진다
IgG · IgM	Fc 수용체	삼켜진다
아포지단백 E	LDL 수용체	간세포로 간다 (Onpattro 가 이용하는 길)
알부민	—	대체로 무해. 덮어 주기만 한다

세 번째 줄이 흥미롭습니다. 코로나가 항상 나쁜 것은 아닙니다. 간을 표적으로 하는 약(Onpattro)은 아포지단백 E 가 붙는 것을 일부러 이용합니다. 같은 현상이 목적에 따라 문제가 되기도 하고 수단이 되기도 합니다.

High school압류 딱지

코로나에 붙는 단백질 중 일부는 "이거 먹어라" 는 표시입니다. 이런 걸 옵소닌 이라고 해요.

붙은 단백질	결과
보체 C3b	삼켜진다
항체 (IgG·IgM)	삼켜진다
알부민	대체로 무해
아포지단백 E	간으로 간다

마지막 줄이 흥미롭습니다

코로나가 항상 나쁜 건 아닙니다. 간을 표적으로 하는 약(Onpattro)은 아포지단백 E 가 붙는 걸 일부러 이용합니다.

같은 현상이 목적에 따라 문제가 되기도, 수단이 되기도 합니다. '좋은 현상 / 나쁜 현상' 이 아니라 '무엇을 하려는가' 가 먼저입니다.

210 나노미터가 무너진 이유

소설 9장의 첫 배치는 210 nm 였습니다. 그것이 왜 치명적이었는지가 여기서 설명됩니다.

🎯

보체가 잘 붙는다

크기가 200 nm 를 넘으면 보체 활성화가 크게 늘어난다

🕸️

비장이 걸러낸다

비장의 얇은 틈이 그쯤 되는 것을 물리적으로 거른다

📦

부피도 12배

같은 mRNA 를 담아도 입자 수가 1/12 — 만날 기회가 줄어든다

소설의 표현대로 "그 배치는 만들어지자마자 표적이었다" 입니다.

근육 주사라는 선택

여기서 투여 경로가 왜 중요한지가 나옵니다.

정맥 주사

입자 대부분이 간으로 쓸려 갑니다. 거기서 기다리는 것은 쿠퍼세포 — 그냥 소각로입니다.

근육 주사

대부분이 그 자리에 남습니다. 거기서 기다리는 식세포는 조직 상주 수지상세포 — 이 이야기에서 찾던 세포입니다.

삼켜지면 지는 전쟁이 아니라, 누구에게 삼켜지느냐가 전부인 전쟁

곡선의 모양은 경향을 보이는 모형입니다. 요점은 세 가지가 같은 방향으로 나빠진다는 것.

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# 크기가 커지면 왜 갑자기 불리해지는가 -- 표면적과 곡률로 셈해 봅니다.
import numpy as np, pandas as pd

def profile(d_nm):
    r = d_nm/2
    area = 4*np.pi*r**2                    # nm^2
    vol  = 4/3*np.pi*r**3
    # 보체 C3b 는 표면이 평평할수록 잘 자리잡는다 -- 곡률이 작을수록 유리
    curvature = 1/r                        # 1/nm
    c3b = 1/(1 + (curvature/0.012)**1.6)   # 작은 입자일수록 붙기 어렵다
    return area, vol, c3b

rows = []
for d in (50, 80, 91, 120, 160, 210, 300):
    a, v, c = profile(d)
    rows.append((f"{d} nm", f"{a:,.0f}", f"{v:,.0f}", f"{c:.2f}",
                 "비장이 거른다" if d >= 200 else ""))
print(pd.DataFrame(rows, columns=["지름","표면적 nm^2","부피 nm^3",
                                  "보체 결합(상대)","비고"]).to_string(index=False))
print()

a91,  v91,  c91  = profile(91)
a210, v210, c210 = profile(210)
print(f"91 nm  ->  210 nm 로 커지면")
print(f"  지름     {210/91:.2f} 배")
print(f"  표면적   {a210/a91:.2f} 배")
print(f"  부피     {v210/v91:.2f} 배   <- 같은 mRNA 면 입자 수가 1/{v210/v91:.0f}")
print(f"  보체 결합 {c210/c91:.2f} 배")
print()
print("커지면 세 가지가 동시에 나빠집니다 -- 개수는 줄고, 딱지는 더 붙고, 비장에 걸립니다.")
print("소설의 '만들어지자마자 표적이었다' 가 이 뜻입니다.")

High school위 코드가 방금 무슨 일을 했나요

입자 크기를 바꿔 가며 세 가지가 어떻게 변하는지 계산했습니다.

91 nm → 210 nm 로 커지면	변화
지름	2.3배
부피	12배 → 같은 약이면 개수가 1/12
보체가 붙는 정도	늘어남
비장이 거르나	200 nm 넘으면 걸린다

세 가지가 동시에 나빠집니다

개수는 줄고, 딱지는 더 붙고, 걸러지기까지 합니다. 그래서 소설이 "만들어지자마자 표적이었다" 고 쓴 겁니다.

지름 하나가 커진 게 아니라 전부 따라 나빠진 것입니다.

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'단백질 코로나' 가 나노입자 설계에서 근본적으로 중요한 이유는?

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이 이야기에서 정맥이 아니라 근육에 주사한 것이 유리했던 핵심 이유는?