세포막 직접 뚫고 들어가는 ‘비정형 단백질 모사’ 나노 운반체 개발
 

KU-KIST융합대학원 이관희 교수팀 (박혜민, 국다경 박사과정)은 세포막을 직접 뚫고 들어가 생체분자를 전달하는 ‘비정형 단백질 모사 나노 운반체(IDP-NV)’를 개발했다. 이번 연구 성과는 재료 분야 국제 저명 학술지 ‘Advanced Materials(IF: 26.8)’에 표지 논문(Front Cover Article)으로 게재됐다. 연구진은 우리 몸속 ‘내재적 비정형 단백질(Intrinsically Disordered Protein, IDP)’의 특성에 주목했다. 고정된 3차원 구조 대신 유연한 구조를 갖는 IDP의 성질을 모방한 이 나노 운반체는 주변 환경에 맞춰 스스로 구조를 변형시켜 세포막을 직접 통과할 수 있는 것이 특징이다.

기존 약물 전달체들은 세포막이 물질을 감싸서 안으로 들여보내는 ‘엔도사이토시스(Endocytosis)’ 경로를 이용했다. 이 과정에서 약물이 ‘엔도좀(Endosome)’에 갇히게 되고, 결국 분해되거나 세포 밖으로 배출되어 전달 효율이 낮다는 한계가 있었다. 
반면, 이번에 개발한 ‘나노 운반체(IDP-NV)’는 단백질이나 유전자와 섞이면 액적상 응집체인 ‘나노코아세르베이트(Nanocoacervate)’를 형성해 약물을 보호한다. 이후 운반체 표면이 세포막과 상호작용하며 구조를 유연하게 바꾸면서 거대 생체분자를 이끌고 세포막을 직접 뚫고 들어가 전달된다.

연구진은 이 기술을 이용해 분자량이 큰 베타-갈락토시다아제나 항체(IgG)와 같은 거대 단백질부터, mRNA, 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR/Cas9) 복합체까지 다양한 생체분자를 활성 저하 없이 세포질로 직접 전달하는 데 성공했다. 
이번 성과가 다양한 바이오 의약품의 범용 전달 플랫폼으로서 차세대 치료제의 전달 효율을 극대화할 것으로 기대하고 있으며, 향후 실제 생체 환경에서의 효능을 검증하고, 원하는 부위에 약물을 전달하는 표적 기술을 고도화하여 실제 임상에서 활용 가능한 차세대 유전자 치료제 개발을 위해 연구를 이어갈 계획이다.

(논문명) Intrinsically Disordered Protein-Inspired Nanovector-Based Coacervates for the Direct Cytosolic Transport of Biomacromolecules 
(논문게재지) Advanced Materials (2025) (Impact factor: 26.8, JCR 1.6%) 

그림 1. 비정형 단백질 모사 나노 운반체(IDP-NV)를 이용한 거대 생체분자의 세포질 직접 전달 모식도. 자연계 IDP의 유연성을 모방한 나노 운반체가 거대 생체분자와 결합해
 ‘나노 코아세르베이트’를 형성한다(a~d). 이 운반체는 구조를 스스로 변형해 세포막을 직접 뚫고 들어가며(Direct Delivery), 세포 내 글루타치온(GSH)에 반응해 약물을 세포질에 방출한다(e~f).

 

Direct Cytosolic Delivery of Large Biomacromolecules—Including CRISPR and mRNA—Overcomes Endosomal Entrapment
 

From left, Front Cover, Hyemin Park (M.S.), Dagyeong Guk (Ph.D. Candidate), 
Prof. Kwan Hyi Lee, KU-KIST Graduate School of Converging Science and Technology, Korea University

A research team led by Professor Kwan Hyi Lee at the KU-KIST Graduate School of Converging Science and Technology has developed "Intrinsically Disordered Protein-Inspired Nanovectors (IDP-NVs)" capable of directly penetrating cell membranes to deliver biological cargo. 
The findings were published as a front cover article in the prestigious international journal Advanced Materials (IF: 26.8).
The team focused on the characteristics of "Intrinsically Disordered Proteins (IDPs)" found in the human body. Mimicking the properties of IDPs, which possess flexible structures instead of fixed three-dimensional shapes, these nanovectors can autonomously alter their conformation in response to the surrounding environment,
 enabling them to directly penetrate cell membranes.  

Existing drug carriers typically utilize the "endocytosis" pathway, where the cell membrane engulfs substances to internalize them. This process often leads to drugs being trapped in "endosomes, "resulting in degradation or expulsion from the cell, which significantly lowers delivery efficiency.
 In contrast, the newly developed IDP-NVs form droplet-like condensates called "nanocoacervates (NCs)" when mixed with proteins or genes, thereby protecting the cargo. 
The nanovector surface then interacts with the cell membrane, flexibly remodeling its structure to guide macromolecules directly through the membrane and into the cell.

 

Using this technology, the researchers successfully delivered a broad range of biomolecules directly into the cytosol with full retention of biological activity, from large proteins such as β-galactosidase and antibodies (IgG) to mRNA and CRISPR/Cas9 complexes. 
The team expects this platform to serve as a universal delivery system for diverse biopharmaceuticals, maximizing the therapeutic potential of next-generation medicines.
 Future work will focus on validating efficacy in in vivo models and refining targeted delivery technologies toward clinically applicable next-generation gene therapeutics. 
 

(Title) Intrinsically Disordered Protein-Inspired Nanovector-Based Coacervates for the Direct Cytosolic Transport of Biomacromolecules 

(Journal) Advanced Materials (2026) (Impact factor: 26.8, JCR 1.6%) 

Figure 1. Schematic of direct cytosolic delivery of biomacromolecules using IDP-inspired nanovectors (IDP-NVs).
 IDP-NVs, mimicking the flexibility of natural IDPs, form ‘nanocoacervates (NCs)’ upon binding with biomacromolecules (a–d). These vectors autonomously alter their conformation to directly penetrate cell membranes (Direct Delivery) and release their cargo into the cytosol in response to intracellular glutathione (GSH) (e–f).