국내 연구팀이 약물 투여 없이 초음파의 기계적 에너지만을 이용해 알츠하이머 치매의 원인 물질을 분쇄하고 제거하는 기술을 입증했다. 기존 표준치료인 약물치료의 부작용을 줄일 수 있는 새로운 비침습적 치료의 길이 열릴 것으로 기대된다.
한림대학교동탄성심병원은 신경과 김재호 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 김형민 박사, 연세대학교 약학과 김영수 교수팀과 공동으로 진행한 연구 결과를 발표했다.
알츠하이머병은 ‘아밀로이드 베타(Aβ)’라는 단백질이 뇌에 과도하게 축적되어 발생한다. 이 단백질들이 서로 엉겨 붙어 ‘응집체’를 이루고, 이것이 딱딱하게 굳어지면 신경세포의 신호 전달을 막고 세포를 사멸시키는 ‘아밀로이드 플라크(Amyloid Plaque)’가 된다. 특히 응집체 내부의 ‘섬유(Fibril)’ 구조는 실타래가 꼬이듯 단단하게 얽힌 형태로, 분해가 매우 어렵고 독성이 강하다.
현재 알츠하이머병 치료의 최전선에 있는 ‘레카네맙’, ‘도나네맙’ 등의 항체치료제는 면역 단백질(항체)이 치매 원인 물질인 아밀로이드 베타(Aβ)에 달라붙어 면역 세포가 이를 제거하도록 유도하는 기전을 갖고 있다. 효과는 입증됐지만, 비용이 높다는 문제점과 뇌부종·뇌출혈과 같은 부작용이 한계로 지적돼 왔다.
연구팀은 약물 대신 ‘저강도 집속 초음파(Low Intensity Focused Ultrasound)’ 치료방식에 주목했다. 돋보기로 햇빛을 모으듯 초음파 에너지를 뇌의 특정 부위에 집중시켜, 그 진동 에너지로 뭉쳐진 단백질 결합을 물리적으로 깨뜨리는 원리다.
먼저 연구팀은 배양된 세포와 쥐 실험을 이용해 초음파의 효능을 검증했다. 시험관 실험에서 응집시킨 아밀로이드 베타를 특수 배양 접시에 담고, 초음파를 조사했다. 그 결과 단단한 아밀로이드 섬유 구조가 최대 62% 감소했다. 또한 신경 독성이 가장 강한 형태인 올리고머(Oligomer) 역시 65%까지 줄어드는 효과를 확인했다.
알츠하이머병에 걸린 실험용 쥐를 대상으로 한 실험에서도 뇌 속 아밀로이드 플라크의 수와 크기가 뚜렷하게 줄어드는 것을 확인했다. 특히 치료 후 혈중 아밀로이드 농도가 약 66% 증가했는데, 이는 뇌에서 분해된 아밀로이드가 혈류를 통해 배출되었을 가능성을 보여준다.
이후 연구팀은 이렇게 초음파를 조사한 아밀로이드 응집체를 인간 유래 신경모세포주 SH-SY5Y에 투여해 독성 변화를 관찰했다. SH-SY5Y는 인간의 신경세포와 생물학적 특성이 매우 유사해, 알츠하이머병과 같은 뇌 질환 연구에 널리 쓰이는 세포다. 실험 결과, 일반 아밀로이드 응집체를 투여했을 때 82%였던 세포 생존율이, 초음파 처리를 거친 응집체를 투여했을 때는 90%까지 높아졌다. 이는 초음파가 단백질 덩어리를 물리적으로 분쇄함으로써 독성을 완화했음을 의미한다.
김재호 교수는 “이번 연구를 통해 약물이나 수술 없이 초음파의 기계적 에너지만으로 뇌 내 병리적 단백질을 제거할 수 있는 가능성을 입증했다”면서 “이 기술은 알츠하이머병뿐만 아니라 파킨슨병을 포함한 다양한 퇴행성 뇌질환 치료의 핵심 기술로 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 우수신진·중견연구사업 및 중점연구소지원사업, KIST 기관고유사업, 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 SCIE급 국제 학술지 ‘테라노스틱스(Theranostics)에 게재될 예정이다.
한림대학교동탄성심병원은 신경과 김재호 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 김형민 박사, 연세대학교 약학과 김영수 교수팀과 공동으로 진행한 연구 결과를 발표했다.
알츠하이머병은 ‘아밀로이드 베타(Aβ)’라는 단백질이 뇌에 과도하게 축적되어 발생한다. 이 단백질들이 서로 엉겨 붙어 ‘응집체’를 이루고, 이것이 딱딱하게 굳어지면 신경세포의 신호 전달을 막고 세포를 사멸시키는 ‘아밀로이드 플라크(Amyloid Plaque)’가 된다. 특히 응집체 내부의 ‘섬유(Fibril)’ 구조는 실타래가 꼬이듯 단단하게 얽힌 형태로, 분해가 매우 어렵고 독성이 강하다.
현재 알츠하이머병 치료의 최전선에 있는 ‘레카네맙’, ‘도나네맙’ 등의 항체치료제는 면역 단백질(항체)이 치매 원인 물질인 아밀로이드 베타(Aβ)에 달라붙어 면역 세포가 이를 제거하도록 유도하는 기전을 갖고 있다. 효과는 입증됐지만, 비용이 높다는 문제점과 뇌부종·뇌출혈과 같은 부작용이 한계로 지적돼 왔다.
연구팀은 약물 대신 ‘저강도 집속 초음파(Low Intensity Focused Ultrasound)’ 치료방식에 주목했다. 돋보기로 햇빛을 모으듯 초음파 에너지를 뇌의 특정 부위에 집중시켜, 그 진동 에너지로 뭉쳐진 단백질 결합을 물리적으로 깨뜨리는 원리다.
먼저 연구팀은 배양된 세포와 쥐 실험을 이용해 초음파의 효능을 검증했다. 시험관 실험에서 응집시킨 아밀로이드 베타를 특수 배양 접시에 담고, 초음파를 조사했다. 그 결과 단단한 아밀로이드 섬유 구조가 최대 62% 감소했다. 또한 신경 독성이 가장 강한 형태인 올리고머(Oligomer) 역시 65%까지 줄어드는 효과를 확인했다.
알츠하이머병에 걸린 실험용 쥐를 대상으로 한 실험에서도 뇌 속 아밀로이드 플라크의 수와 크기가 뚜렷하게 줄어드는 것을 확인했다. 특히 치료 후 혈중 아밀로이드 농도가 약 66% 증가했는데, 이는 뇌에서 분해된 아밀로이드가 혈류를 통해 배출되었을 가능성을 보여준다.
이후 연구팀은 이렇게 초음파를 조사한 아밀로이드 응집체를 인간 유래 신경모세포주 SH-SY5Y에 투여해 독성 변화를 관찰했다. SH-SY5Y는 인간의 신경세포와 생물학적 특성이 매우 유사해, 알츠하이머병과 같은 뇌 질환 연구에 널리 쓰이는 세포다. 실험 결과, 일반 아밀로이드 응집체를 투여했을 때 82%였던 세포 생존율이, 초음파 처리를 거친 응집체를 투여했을 때는 90%까지 높아졌다. 이는 초음파가 단백질 덩어리를 물리적으로 분쇄함으로써 독성을 완화했음을 의미한다.
김재호 교수는 “이번 연구를 통해 약물이나 수술 없이 초음파의 기계적 에너지만으로 뇌 내 병리적 단백질을 제거할 수 있는 가능성을 입증했다”면서 “이 기술은 알츠하이머병뿐만 아니라 파킨슨병을 포함한 다양한 퇴행성 뇌질환 치료의 핵심 기술로 응용될 수 있을 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단 우수신진·중견연구사업 및 중점연구소지원사업, KIST 기관고유사업, 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 전략연구단 지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 SCIE급 국제 학술지 ‘테라노스틱스(Theranostics)에 게재될 예정이다.
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