치매 억제 물질, 알츠하이머 치료제 개발 성큼
대덕연구개발특구 내 정부출연연구기관과 한국과학기술원(KAIST)이 치매 치료를 위한 연구개발에 박차를 가하고 있다. 급속한 고령화로 치매 환자가 나날이 늘고 있는 상황에서 안전하고 우수한 성능의 치매 치료제가 개발될 수 있을 지 주목된다.
KAIST 한진희 교수 연구팀은 뇌에서 기억이 형성되는 원리를 규명, 치매를 치료할 수 있는 단서를 발굴했다. 기억은 뇌 전체에 걸쳐 극히 적은 수의 뉴런들에 입력되는 것으로 알려져 있다. 하지만 이 뉴런들이 미리 정해져 있는 것인지, 혹은 특정한 원리에 의해 선택되는 것인지는 아직까지 확실하게 알려지지 않았다.
이 같은 상황에서 연구팀은 두 뉴런 사이의 시냅스(신경세포 간 연결부위) 연결을 강화하는 '장기 강화(Long-term plasticity, LTP)'가 뉴런 선택에 결정적인 영향을 미친다는 것을 증명했다. 연구팀은 생쥐 뇌 편도체 부위를 통해 시냅스를 조작하고 이때 기억을 인코딩하는 뉴런이 달라지는지 조사했다. 생쥐가 공포스러운 경험을 하기 전 이 시냅스를 자극해 장기 강화가 일어나게 하자, 이 시냅스에 기억이 입력되는 것을 확인했다.
연구팀은 시냅스 강도를 인위적으로 조작하면 기억 자체는 변하지 않지만, 그 기억이 입력되는 뉴런이 바뀌게 된다고 설명했다. 한진희 교수는 "뇌에서 기억이 형성되는 원리를 규명함으로써 치매를 치료할 단서를 발굴하게 된 것"이라고 말했다.
한국기초과학지원연구원 강현오 박사와 KAIST 신소재공학과 박찬범 교수 공동 연구팀은 '아밀로이드 플라크' 형성을 억제하는 나노물질을 개발했다. 알츠하이머성 치매는 아밀로이드 단백질이 응집해 뇌세포를 파괴하면 유발되는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 치매를 유발한 실험 쥐의 뇌에 나노복합체를 주사한 뒤, 투과력이 높은 붉은 빛을 2시간 동안 쏘는 실험을 진행했다. 그 결과 활성화된 나노복합체가 활성산소를 발생시켜 아밀로이드 플라크를 잘게 쪼개고, 다시 결합하지 않는 것으로 나타났다. 강현오 박사는 "살아있는 쥐 뇌의 복잡한 신경 생리학적인 환경 속에서도 효능이 있음을 확인한 만큼 알츠하이머 치료제 개발에 기여할 것"이라고 말했다.
기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 조승우 연구위원 연구팀은 실제 인간 뇌와 유사한 환경의 배양 플랫폼을 통해 '미니 뇌(오가노이드)' 제작에 성공했다. 신생아의 뇌 수준에 가깝게 성숙한 데다, 기존보다 2배 이상 크게 제작됐다. 미니 뇌는 치매, 파킨슨병 등 난치성 뇌질환의 연구 모델로 활용될 예정이다.
뇌 오가노이드는 유도만능줄기세포(이미 분화된 체세포를 역분화시켜 다양한 세포로 분화할 수 있도록 만든 만능줄기세포)를 배양해 만든다. 기존 뇌 오가노이드는 배양 지지체가 뇌 발달에 필요한 환경을 구현하지 못해 성숙도가 태아 수준으로 낮다는 한계가 있었다. 또 오가노이드가 커질수록 중심부까지 산소와 영양분을 공급하기 어렵다는 문제도 있었다.
이에 연구진은 나노기술로 이러한 한계를 극복했다. 우선 뇌의 미세환경과 유사한 젤리 형태의 '3차원 하이드로젤(친수성 고분자로 구성된 젤리와 같은 물성을 가진 생체소재)'을 개발했다. 이어 미세한 채널로 이뤄진 미세 유체 칩을 도입, 산소와 배양액이 오가노이드 중심부까지 효과적으로 전달될 수 있도록 했다.
연구진이 이 하이드로젤을 이용해 배양 실험을 한 결과, 대뇌피질을 구성하는 신경상피가 발달해 뇌 주름이 다량 생성된 모습이 확인됐다. 조승우 연구위원은 "치매와 파킨슨병 등 난치성 뇌 질환 연구에 기여할 것"이라고 말했다.
KAIST 한진희 교수 연구팀은 뇌에서 기억이 형성되는 원리를 규명, 치매를 치료할 수 있는 단서를 발굴했다. 기억은 뇌 전체에 걸쳐 극히 적은 수의 뉴런들에 입력되는 것으로 알려져 있다. 하지만 이 뉴런들이 미리 정해져 있는 것인지, 혹은 특정한 원리에 의해 선택되는 것인지는 아직까지 확실하게 알려지지 않았다.
이 같은 상황에서 연구팀은 두 뉴런 사이의 시냅스(신경세포 간 연결부위) 연결을 강화하는 '장기 강화(Long-term plasticity, LTP)'가 뉴런 선택에 결정적인 영향을 미친다는 것을 증명했다. 연구팀은 생쥐 뇌 편도체 부위를 통해 시냅스를 조작하고 이때 기억을 인코딩하는 뉴런이 달라지는지 조사했다. 생쥐가 공포스러운 경험을 하기 전 이 시냅스를 자극해 장기 강화가 일어나게 하자, 이 시냅스에 기억이 입력되는 것을 확인했다.
연구팀은 시냅스 강도를 인위적으로 조작하면 기억 자체는 변하지 않지만, 그 기억이 입력되는 뉴런이 바뀌게 된다고 설명했다. 한진희 교수는 "뇌에서 기억이 형성되는 원리를 규명함으로써 치매를 치료할 단서를 발굴하게 된 것"이라고 말했다.
한국기초과학지원연구원 강현오 박사와 KAIST 신소재공학과 박찬범 교수 공동 연구팀은 '아밀로이드 플라크' 형성을 억제하는 나노물질을 개발했다. 알츠하이머성 치매는 아밀로이드 단백질이 응집해 뇌세포를 파괴하면 유발되는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 치매를 유발한 실험 쥐의 뇌에 나노복합체를 주사한 뒤, 투과력이 높은 붉은 빛을 2시간 동안 쏘는 실험을 진행했다. 그 결과 활성화된 나노복합체가 활성산소를 발생시켜 아밀로이드 플라크를 잘게 쪼개고, 다시 결합하지 않는 것으로 나타났다. 강현오 박사는 "살아있는 쥐 뇌의 복잡한 신경 생리학적인 환경 속에서도 효능이 있음을 확인한 만큼 알츠하이머 치료제 개발에 기여할 것"이라고 말했다.
기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 조승우 연구위원 연구팀은 실제 인간 뇌와 유사한 환경의 배양 플랫폼을 통해 '미니 뇌(오가노이드)' 제작에 성공했다. 신생아의 뇌 수준에 가깝게 성숙한 데다, 기존보다 2배 이상 크게 제작됐다. 미니 뇌는 치매, 파킨슨병 등 난치성 뇌질환의 연구 모델로 활용될 예정이다.
뇌 오가노이드는 유도만능줄기세포(이미 분화된 체세포를 역분화시켜 다양한 세포로 분화할 수 있도록 만든 만능줄기세포)를 배양해 만든다. 기존 뇌 오가노이드는 배양 지지체가 뇌 발달에 필요한 환경을 구현하지 못해 성숙도가 태아 수준으로 낮다는 한계가 있었다. 또 오가노이드가 커질수록 중심부까지 산소와 영양분을 공급하기 어렵다는 문제도 있었다.
이에 연구진은 나노기술로 이러한 한계를 극복했다. 우선 뇌의 미세환경과 유사한 젤리 형태의 '3차원 하이드로젤(친수성 고분자로 구성된 젤리와 같은 물성을 가진 생체소재)'을 개발했다. 이어 미세한 채널로 이뤄진 미세 유체 칩을 도입, 산소와 배양액이 오가노이드 중심부까지 효과적으로 전달될 수 있도록 했다.
연구진이 이 하이드로젤을 이용해 배양 실험을 한 결과, 대뇌피질을 구성하는 신경상피가 발달해 뇌 주름이 다량 생성된 모습이 확인됐다. 조승우 연구위원은 "치매와 파킨슨병 등 난치성 뇌 질환 연구에 기여할 것"이라고 말했다.
대전일보 정인선 기자
