세계 최초 알츠하이머성 치매 환자 맞춤형

치료효능 예측 기술 개발

 

□ 한국보건산업진흥원(원장직무대행 김초일)은 서울대학교 의과대학 생화학교실(묵인희 교수)과 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과(조광현 교수) 공동연구팀이 “알츠하이머 환자 유래 뇌 오가노이드* 모델과 시스템생물학**의 융합을 통하여 환자 맞춤형 약물 효능평가 플랫폼(Drug-screening platform)을 세계 최초로 개발했다”고 밝혔다.

* 뇌 오가노이드: 환자의 역분화 줄기세포(iPSC) 유래 인공 미니 뇌

** 시스템생물학: IT의 수학모델링 및 컴퓨터시뮬레이션과 BT의 분자세포생물학 실험을 융합하여 복잡한 생명현상을 규명하고 설명하는 연구 패러다임

 

 

□ 알츠하이머병은 치매의 약 70%를 차지하는 대표적 치매 질환이나 현재까지 발병 원인이 불명확하며, 근본적인 치료제도 없는 인류가 극복하지 못한 질병 중 하나이다.

○ 알츠하이머병 치료제 개발 난제 중 하나는 실제 살아있는 환자의 뇌를 직접 실험 샘플로 사용할 수 없다는 것이었다. 이는 수많은 치료제 후보군의 약물 효능을 정확히 평가하기가 어려워 치료제 개발의 걸림돌로 작용해왔다.

 

□ 본 연구팀은 실제 치매환자에서 유래한 뇌 오가노이드 기반으로 생물학적 메커니즘에 대한 수학 모델링을 융합하여 약물효능 예측이 가능한 플랫폼을 세계 최초로 개발하였다.

○ 환자 혈액으로부터 역분화줄기세포(Induced-pluripotent stem cell)* 구축 후 이를 이용하여 3D 뇌 오가노이드 제작하여 실제 환자의 뇌와 유사한 환경 구축을 통해 실험적 한계를 극복하였다.

* 역분화줄기세포: 다능성이 없는 혈액 면역세포에 역분화를 일으키는 4가지 특정 유전자를 도입하여 배아 줄기세포와 같이 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 성질(다능성)을 가진 줄기세포

 

○ 또한, 시스템생물학 기반 수학 모델링 기법으로 알츠하이머병의 신경세포 특이적 네트워크망을 구축하고, 이를 실제 알츠하이머병 환자 및 정상군 유래 뇌 오가노이드를 통하여 신경세포 컴퓨터 모델의 실효성을 검증하였다.

 

□ 본 연구결과는 알츠하이머병의 시스템생물학 기반 신경세포 컴퓨터 모델을 실제 환자 유래 뇌 오가노이드로 검증한 세계 최초의 사례이다. 이를 통해 환자 맞춤형 치료(Precision medicine)의 불모지로 여겨졌던 뇌 질환분야에서도 알츠하이머병 환자의 유전형에 따른 최적의 약물 타겟 발굴에 기여할 것으로 기대된다.

  

 

□ 묵인희 교수는 “본 시스템생물학 플랫폼을 통해 알츠하이머병 환자의 유전형에 따라 최적의 약물 발굴이 이루어진다면 치매 치료제 개발 경쟁에서 우리나라가 국가적 우위를 선점할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

 

○ 이번 연구는 보건복지부 및 한국보건산업진흥원에서 지원하는 국가치매극복기술개발 사업으로 수행되었으며, 생물·물리·화학 등 자연과학 분야 최고 수준의 국제학술지인 ‘Nature Communications’ 2021년 1월 12일자 논문으로 게재되었다.

 

 

※ 게재 논문 정보   - 저널명: Nature Communications (IF: 12.121, 해당 MULTIDISCIPLINARY SCIENCES 분야 상위 7.746%) - 논문명: A logical network-based drug-screening platform for Alzheimer‘s disease representing pathological features of human brain organoids - 저자정보: (제1저자) 박종찬 (서울대학교 의과대학 박사), 장소영 (KAIST 박사과정), 이동준 (서울대학교 의과대학 박사과정) (교신저자) 묵인희 교수 (서울대학교 의과대학), 조광현 교수 (KAIST)

※ 문의 : 서울대학교 묵인희 교수 (☎ 02-740-8245, (e-mail) inhee@snu.ac.kr)

KAIST 조광현교수(☎ 042-350-4325, (e-mail) ckh@kaist.ac.kr)

※ 붙임 1. 논문의 주요 연구내용

2. 논문 관련 그림설명