한양대학교병원 정형외과 이진규 교수가 지난 5월 16일부터 17일까지 서울 SC컨벤션센터에서 열린 ‘2025년 대한슬관절학회 국제학술대회(International Congress of Korean Knee Society 2025) 및 제43차 정기학술대회’에서 ‘최우수 구연상’을 수상하는 영예를 안았다.
이번 수상은 학술대회 구연 발표자 중 단 1명에게만 수여되는 ‘최우수 논문 구연상(Best Oral Presentation Award, Grand Prize)’으로, 이 교수는 줄기세포를 이용한 전방십자인대 재건술의 새로운 치료법을 제시하며 높은 평가를 받았다. 본 연구는 수술 후 빠른 운동 복귀 가능성과 낮은 재파열율을 입증해, 스포츠 손상 분야에 새로운 치료 기준을 제시했다는 점에서 학문적, 임상적으로 큰 의미가 있다.
이번 수상과 관련해 이 교수는 “줄기세포를 활용한 치료법은 무릎 관절 손상 환자들에게 보다 근본적인 회복을 기대할 수 있게 하는 미래지향적인 기술”이라며 “앞으로도 임상 현장에서 환자들에게 실질적인 도움이 될 수 있는 치료법을 지속적으로 연구하고 적용해 나가겠다”고 말했다.
이진규 교수는 한양대학교병원 정형외과에서 슬관절 및 스포츠 손상 분야를 전문으로 진료하고 있으며, 현재 전방십자인대 및 연골 손상, 퇴행성 관절염 등 무릎 질환 전반에 대한 연구와 수술법 개발에 힘쓰고 있다.
국내 연구진이 손상된 연골 조직을 단일 시술로 재생할 수 있는 가능성을 제시했다. 순천향대학교 연구팀이 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 줄기세포 기반 연골 재생 치료소재를 개발한 것이다.
순천향대학교 의과대학 재생의학교실 이병택 교수 연구팀은 생체활성 단백질 기반 바이오잉크에 성장인자와 지방유래 줄기세포(ADSCs)를 탑재한 3D 바이오프린팅 연골 치료소재를 개발했다. 인체 내 관절 연골의 미세한 환경을 정밀하게 본떠, 생리활성과 역학적 기능을 동시에 구현했다. 이를 통해 체내에서 자가 재생을 유도하는 완전 통합형 연골 재생 치료 플랫폼으로 주목받는다.
연구팀은 연골이 손상된 토끼 모델을 활용해 전임상 실험을 진행했다. 연구팀이 개발한 지지체를 불규칙한 연골 손상 부위에 이식한 다음, 새로운 연골 조직이 재생되는 과정을 확인했다. 새롭게 만들어진 연골 조직에 대한 검증도 마쳤다. 조직 병리학적 분석, MRI 영상 분석, 나노인덴테이션 기법 등을 통해 구조적 완성도와 역학적 특성을 검증했다.
연구팀이 개발한 지지체는 퇴행성 관절염 환자를 위한 맞춤형 치료가 가능하며, 최소 침습으로 연골 재생 및 치료 가능성을 제시한다는 점에서 의의가 크다.
연구를 이끈 이병택 교수는 “이번에 개발한 지지체는 단순히 조직 회복을 보조하는 수준을 넘어, 실제로 손상된 연골 조직의 재생을 유도하는 스마트 치료 시스템”이라며, “고령화 사회의 퇴행성 관절 질환과 인체골 재생 분야에서 높은 상용화 가능성을 지닌다”라고 이야기했다.
이번 연구 결과는 바이오소재 분야 글로벌 학술지 <바이오액티브 머티리얼(Bioactive Materials, IF=18.0)>에 게재됐다. 연구팀은 이번 성과를 바탕으로 향후 동물 실험 및 연골 재생을 위한 이식 기술 개발을 진행할 예정이다. 또한, 실제 임상에서의 연골 재생을 가능케 할 치료 플랫폼의 후속 연구도 추진한다는 계획이다.
연골재생을 위한 이중 성장 인자가 탑재된 3D 바이오 프린팅 단백질 생체 활성 지지체의 제조 공정 및 동물 이식 평가, 시뮬레이션 결과 / 출처 : BRIC Bio통신원
남녀를 불문하고 중년이라 불리는 연령대에 접어들면 ‘체중 관리’라는 과제에 직면하게 된다. 나이가 들수록 기초 대사량이 줄어드는 문제도 있고, 성 호르몬이 감소하면서 지방이 축적되기 쉬운 조건이 되는 것도 문제다. 사회적·경제적 스트레스 및 평균적인 활동량 감소도 원인이 된다.
여기까지는 이해가 된다. 하지만 유독 배와 허리에 지방이 우선적으로, 또는 집중적으로 쌓이는 건 비단 ‘기분상 문제’가 아니다. 실제로 이런 현상이 나타나는 이유를 설명하는 연구가 발표됐다.
중년 뱃살의 이유
뱃살은 여러 가지 면에서 건강에 해롭다. 뱃살 자체가 신진대사의 둔화로 인한 결과물이기도 하지만, 방치하면 당뇨병, 심혈관계 질환 등 만성 대사성 질환의 위험을 높이는 원인이 되기 때문이다. 이 때문에 나이가 들어갈수록 체중 관리를 강조하는 조언에 부쩍 귀를 기울이게 된다. 체중계에 자주 올라가게 되고, 식단 관리와 운동을 습관화하는 사람들이 많아지는 이유다.
하지만, 핵심은 체중이 아니다. 체중이 정상 범위 안에 있더라도, 근육량이 줄고 체지방이 늘어나면서 정상 체중에 맞춰진 거라면 오히려 건강에 해로울 수 있다. 이른바 ‘마른 비만’이 되는 현상으로, 중년 뱃살의 이유일 뿐만 아니라 청년들에게서도 흔히 나타나는 문제다.
나이가 들어가면서 나타나는 자연스러운 현상이라고 생각할 수 있다. 하지만 기대 수명이 늘어나면서 중년 이후로도 살아가야 할 세월이 한창인 시대다. 질환을 극복해 온 것처럼 이 역시 근본적 원인을 찾고 해결책을 마련해야 하는 문제라고 봐야 한다.
미국의 비영리 임상연구센터이자 의료기관인 시티 오브 호프 국립 의료센터에서 현지시각 25일(금) <사이언스(Science)>지를 통해 ‘복부 지방의 원인이 되는 세포’를 발견했다는 보고를 내놓았다.
이미지 출처 : Motion Elements
더 활발해지는 지방 줄기세포
연구팀은 노화 과정에서 ‘새로운 유형의 성체 줄기세포(Adult Stem Cell)’의 출현이 촉발된다는 것을 발견했다. 이들이 체내 새로운 지방 세포를 만들어낸다는 것, 특히 배 주변에서 지방 세포를 대량으로 만들어낼 수 있다는 것이다. 중년 뱃살의 이유를 설명해주는 발견이다.
일반적으로 지방 세포는 나이가 들어감에 따라 커진다. 성인이 된 이후 나타나는 지방 세포가 보통 ‘비대형 지방 세포’인 이유도 여기에 있다. 연구팀은 여기에 체중 증가의 원인이 되는 ‘백색 지방’을 접목해 가설을 세웠다. 백색 지방 세포가 새로운 지방 세포를 만들며 확장해나가게 되고, 그것이 중년 뱃살의 이유가 된다는 논리다.
연구팀은 가설을 검증하기 위해 동물 모델 실험을 진행했다. 어린 쥐들을 두 그룹으로 나누고, 한쪽에는 나이든 쥐의 지방 전구세포(APC, 줄기세포에서 분화를 거친 중간 단계의 세포)를, 다른 한쪽에는 어린 쥐의 APC를 이식했다. 관찰 결과, 나이든 쥐의 APC를 이식 받은 쥐들에게서는 지방 세포가 빠르게 증가했다.
반면, 어린 쥐의 APC를 이식 받은 쥐들은 상대적으로 지방 세포 생성이 적었다. 연구팀은 이를 통해 나이가 들었을 때 APC가 독립적으로 새로운 지방 세포를 만들어내면서 중년 뱃살의 이유가 된다는 것을 입증했다.
노화에 따른 비만의 해결 전략
이어 연구팀은 이러한 현상이 나타나는 원인을 찾고자 했다. 단일 세포 RNA 시퀀싱을 통해 어린 쥐와 나이든 쥐의 APC 유전자 활성을 비교한 결과, 나이든 쥐에게서는 APC가 활발하게 움직이며 새로운 지방 세포로 분화한다는 사실을 확인했다.
보통 성체 줄기세포는 나이가 들면서 성장 능력이 약해지는 것이 보통이다. 하지만 이번 실험 및 연구 결과를 통해, APC는 오히려 나이가 들수록 더욱 활발하게 분화한다는 것이 확인됐다.
한편, APC는 노화로 인해 ‘연령 특이적 전지방세포(CP-A)’라는 새로운 유형의 줄기세포로 변하는 것으로 알려졌다. 중년 이후에 발생하는 CP-A는 새로운 지방 세포를 지속적으로 만들어내며, 이것이 중년 이후 체중이 더 쉽게 증가하는 이유로 꼽힌다.
연구팀은 이번 연구 결과가 ‘노화에 따른 비만’을 해결하기 위한 전략에 기여할 거라고 보고 있다. 대사 관련 문제에 있어서 CP-A가 어떤 역할을 하는지, 신체 노화가 진행되는 과정에서 이들이 어떤 메커니즘으로 생겨나는지를 이해한다면, 복부 지방을 줄이고 건강 수명을 향상시키는 해결책을 찾을 수 있을 거라는 전망이다.
프리온 질환(Prion Disease)이라는 말은 상대적으로 낯설다. 하지만 ‘광우병(BSE)’이라고 하면 보다 쉽게 와닿는다. 광우병을 비롯해 인간에게서 발병하는 ‘크로이츠펠트-야콥병(CJD)’이 대표적인 프리온 질환이다.
프리온 질환은 희귀 난치성 질환으로, 현재까지는 치료가 불가능해 ‘치명률 100%’로 알려져왔다. 최근 전북대학교 연구팀이 이에 대한 치료 가능성을 제시해 눈길을 끌고 있다.
치명률 100% 프리온 질환
프리온 질환은 뇌에서 발견되는 정상 프리온 단백질(Prion Protein Cellular, PrPC)이 비정상적인 형태(스크래피 프리온 단백질, PrPSc)로 바뀌며 초래되는 질환이다. 본래 뇌에서 생겨나는 단백질은 이상이 생기거나 오래될 경우 효소에 의해 자연스럽게 분해된다. 하지만 프리온 단백질은 효소 분해에 저항성을 가져, 천천히 수가 늘어나게 된다.
게다가 프리온 단백질은 주변의 다른 단백질도 ‘전염’시킨다. 이렇게 어느 순간 비정상적인 프리온 단백질이 특정 수에 도달하면 병을 일으키게 된다. 비정상적인 프리온 단백질은 다시 정상화되지 않는다. 이것이 프리온 질환이 ‘치명률 100%’로 알려진 근본적 이유다.
MSD 매뉴얼에 따르면 프리온 단백질은 뇌 신경세포에 현미경으로 볼 수 있는 수준의 작은 기포를 형성한다. 실제로 환자의 뇌 조직 검체를 현미경으로 보면 스펀지처럼 구멍이 뚫린 모양처럼 보인다. 이렇게 된 뇌 세포는 기능을 멈추고 사멸한다.
프리온 질환을 일으키는 가장 흔한 유형은 ‘특발성’이다. 즉, 명확한 이유 없이 자연적으로 발생하는 경우로, 전체 질환 발생의 85~90%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그중에서도 가장 흔한 유형이 ‘크로이츠펠트-야콥병’이며, 심각한 수준의 불면증으로도 발생하는 것으로 알려졌다.
클로니딘과 중간엽 줄기세포를 함께 투여한 결과, 프리온 질환의 진행이 억제됐다 / 출처 : Molecular Neurodegeneration
뇌 자정 시스템과 줄기세포 결합
전북대학교 인수공통전염병연구소 정병훈 교수 연구팀은 최근 이에 대한 연구 성과를 발표했다. 연구팀은 프리온 질환이 유발된 쥐 모델에 ‘글림파틱(glymphatic) 시스템’을 활성화시키는 약물 ‘클로니딘’과 지방 유래 중간엽 줄기세포(AdMSC)를 함께 투여하는 실험을 진행했다.
글림파틱 시스템이란, 뇌혈관 주위의 공간을 시작으로 뇌척수액과 간질액 교환을 통해 뇌에 축적된 노폐물을 내보내는 일련의 자정 시스템이다. 최근 서울대학교와 카이스트 연구팀이 운동을 통해 뇌의 글림파틱 시스템이 강화된다는 사실을 확인해 발표하기도 했다.
한편, 중간엽 줄기세포(MSC)는 성체줄기세포(Adult Stem Cell)의 한 유형으로, 손상된 조직이나 장기 재생에 응용할 수 있다. 연구팀이 발표한 논문에 따르면 MSC는 뇌졸중, 외상성 뇌 손상, 알츠하이머, 파킨슨, 다발성 경화증과 같은 질환에 잠재적 치료법으로 활용되기도 했다.
실험 결과, 프리온 단백질 축적이 감소했으며, 프리온 질환 발생이 억제되는 효과를 확인했다. 클로니딘과 AdMSC를 함께 투여한 쥐는 그렇지 않은 쥐에 비해 평균 140일 더 오래 생존했다. 실험용 쥐 모델의 수명을 고려해 인간의 수명으로 환산할 경우, 약 15년에 해당하는 기간이다. 물론 이는 단순 환산한 결과이므로, 그보다는 ‘유의미한 수준의 질병 억제 효과’라는 점이 포인트다.
이번 연구는 <분자 신경퇴행(Molecular Neurodegeneration, IF=15.1)>에 지난 17일(목) 게재됐다. 연구팀은 이번 연구를 통해 기존까지 치료법이 없었던 프리온 질환의 정복 가능성을 제시했다는 데 의의를 두고 있다.
전북대학교 정병훈 교수는 “글림파틱 시스템과 줄기세포 기반 치료를 결합한 새로운 치료 개념을 제시했다는 것에 큰 의미가 있다”라며 “향후 알츠하이머나 파킨슨 같은 다양한 신경퇴행성 질환으로의 응용 가능성도 기대하고 있다”라고 이야기했다.
뇌의 자정 시스템인 글림파틱을 활성화시킨다는 점에서, 알츠하이머나 파킨슨과 같은 다른 신경퇴행성 질환에도 단서를 제시할 수 있을 것으로 기대된다 / 이미지 출처 : Motion Elements
입셀은 최근 국내 다수의 대학 및 연구기관들과의 공동 연구를 통해 면역 거부 반응을 최소화한 ‘저면역원성 유도만능줄기세포(iPS 세포)’ 개발에 성공했다고 밝혔다.
이번 공동 연구에는 가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 주지현 단장(서울성모병원 류마티스내과) 연구팀과 가톨릭대학교 유도만능줄기세포응용연구소 임예리 교수팀, 성균관대학교 바이오헬스규제과학과 손여원 교수팀이 참여했다.
연구 결과는 국제학술지 Experimental & Molecular Medicine (Impact Factor 12.8) 3월호에 게재돼 맞춤형 세포 치료 시대를 열 핵심 기술로 주목받고 있다.
연구진은 CRISPR-Cas9 유전자 가위를 활용해 면역 반응을 유발하는 핵심 유전자(HLA-A, HLA-B, HLA-DR 알파)를 제거함으로써 체내에서 거부 반응을 획기적으로 줄인 iPS 세포 ‘Clone A7’을 확보했다.
줄기세포는 신체 여러 조직으로 분화할 잠재력을 지닌 반면, 환자에게 이식 시 면역 시스템이 이를 외부 물질로 인식해 공격하는 ‘면역 거부 반응’이 가장 큰 과제로 꼽혀 왔다. 그러나 ‘Clone A7’은 다능성 유지 여부를 확인하는 주요 마커(Oct4, Sox2, Klf4, Lin28, SSEA4, Nanog, Tra-1-60)가 정상 발현되고, 핵형 검사상 유전자 구조가 정상적이며, 삼배엽 분화능도 온전히 확보했다.
또한 인터페론 감마(IFN-γ) 자극 시에도 HLA-A·HLA-B·HLA-DR 단백질 발현이 없음을 확인함으로써 동종 세포 치료에서도 거부 반응을 최소화할 가능성을 입증했다.
이번 연구에는 입셀 김주련 박사와 남유준 박사(공동 제1저자, 입셀 & 성균관대학교 바이오헬스규제과학과), 성균관대학교 바이오헬스규제과학과 손여원 교수, 가톨릭대학교 유도만능줄기세포 응용연구소 임예리 교수(공동 교신저자), 가톨릭대학교 기초의학사업추진단 주지현 단장 등이 참여했다.
주지현 단장은 “이번에 개발한 iPS 세포가 난치성 질환이나 장기 이식 치료에 폭넓게 활용돼 환자별 맞춤형 치료의 실현 가능성을 한층 높일 수 있을 것으로 기대한다”며 “후속 연구를 통해 임상 적용 가속화를 목표로 삼고 있다”고 말했다.
한편 입셀은 지난해 11월에도 Experimental & Molecular Medicine (IF 12.8)에 서울대 차혁진 교수팀과 공동 연구(입셀 홍창표 박사 공동 교신저자)를 발표했다. 이 연구에서는 배아줄기세포(hESC)가 장기간 배양되면서 유전적 변이를 획득하고, 이를 통해 ‘배양 적응형 형질(culture-adapted phenotypes)’을 갖게 되는 과정을 규명했다.
특히 TP53이 결핍된 줄기세포에서 높은 돌연변이율이 확인됐고, 20q11.21 부위의 복제수 증가는 BCL2L1·TPX2 유전자 발현을 촉진해 TEAD 결합을 강화하는 것으로 드러났다. 이는 줄기세포 배양 중 발생 가능한 유전자 이상과 후성유전체 변화를 체계적으로 파악함으로써 면역 거부 반응까지 최소화한 차세대 유도만능줄기세포 개발에 깊이를 더해줄 중요한 근거로 평가된다.
이처럼 입셀은 가톨릭대학교 가톨릭중앙의료원 기초의학사업추진단 주지현 단장 팀, 가톨릭대학교 유도만능줄기세포응용연구소 임예리 교수팀, 성균관대학교 바이오헬스규제과학과 손여원 교수팀, 서울대 차혁진 교수팀이 협업한 두 건의 연구가 연이어 Experimental & Molecular Medicine에 게재되면서 혁신적인 줄기세포 치료제 연구에 한층 탄력을 받게 됐다는 평가를 받고 있다.
보건복지부(장관 조규홍)는 3월 27일(목) 2025년 제3차 첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 심의위원회(이하 '심의위원회'라 함)를 개최했다.
심의위원회는 9988정형외과의원, 가톨릭대학교 서울성모병원, 건국대학교병원 등 재생의료기관에서 제출한 임상연구계획 총 3건(중위험 3건)을 심의하였으며, 모두 부적합 의결했다.
심의위원회는 개정된「첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 안전 및 지원에 관한 법률」(이하 '첨단재생바이오법')과 첨단재생바이오법 시행령 및 첨단재생바이오법 시행규칙(보건복지부령)이 지난 2월 21일부터 시행됨에 따라, 재생의료기관의 시설·장비·인력 및 인체세포 등을 공급받는 방식 등이 재생의료기관이 제출한 첨단재생의료 임상연구계획 또는 치료계획에 부합하는지 확인할 필요가 있는 경우, 보건복지부장관에게 현장조사 및 그 결과 송부를 요청할 수 있게 되었다.
이날 심의위원회는 현장조사가 필요한 연구 또는 치료계획의 유형, 현장조사 세부항목 등에 대해 논의하였으며, 향후 현장조사가 법령상 취지에 맞게 정착될 수 있도록 관계기관과 협의해 나가기로 했다.
한편, 2024년도 제8차 심의위원회에서 적합 의결된 희귀난치성 질환인 골형성부전증 환자를 대상으로 태아 골조직에서 얻은 중간엽줄기세포를 배양하여 환자에게 사용하는 고위험 임상연구계획이 올해 3월 초에 식품의약품안전처에서 최종 승인되었다.
해당 연구에서는 타 조직 유래 줄기세포에 비해 우수한 골 분화능력을 갖고 있으며 골 형성 촉진 단백질을 분비하는 것으로 알려진 태아 유래 줄기세포를 사용하여 희귀질환인 골형성부전증 환자의 증상을 완화할 수 있을 것으로 기대된다.
김우기 첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 심의위원회 사무국장은 "사무국은 <첨단재생의료 치료계획 심의 안내 및 작성 가이드라인>을 마련하여 첨단재생의료포털(www.k-arm.go.kr)에 게재했다"라고 밝히며, "개정 첨단재생바이오법령에 따라 신규 도입되거나 변화한 제도 등이 차질 없이 시행될 수 있도록 노력하겠다"라고 밝혔다.
<본 기사는 보건복지부에서 2025년 3월 28일 작성하여 공공누리 제1유형으로 개방한 보도자료입니다.>
오가노이드-온-어-칩 플랫폼 개념도 / 사진 제공 : 인하대학교, 출처 : BRIC Bio통신원
인하대학교(총장 조명우)는 최근 허윤석 생명공학과 교수 연구팀이 ‘오가노이드-온-어-칩(Organoid-on-a-chip)’ 기술의 최신 연구 동향과 발전 가능성을 조망하는 리뷰 논문을 발표해 업계 주목을 받고 있다고 밝혔다.
허윤석 교수 연구팀은 상명대학교 강성민 교수 연구팀과 함께 오가노이드가 생체 내 환경을 정밀하게 모사할 수 있는 혁신적인 플랫폼과 의약품 개발·질병 모델링에 활용될 수 있다고 21일 밝혔다.
최근 생명공학계에서는 3차원 세포 배양 기술이 주목받고 있다. 특히 오가노이드는 줄기세포에서 유래한 복잡한 구조를 형성하고 있어 인체 환경을 재현할 수 있는 시스템으로 각광받고 있다. 연구팀은 오가노이드 배양과 미세 유체 시스템을 결합한 ‘오가노이드-온-어-칩’ 플랫폼이 정밀한 장기 기능·질병 메커니즘을 모사하는 데 탁월한 성능을 보인다고 설명했다.
연구팀의 발표 논문에서는 세포 구성, 세포외기질(ECM), 합성 환경 인자 등 주요 매개변수를 평가해 오가노이드 배양의 효율성을 높이는 방안을 제시했다. 또한 오가노이드-온-어-칩이 바이오 메디컬 연구와 정밀의학 발전에 중요한 역할을 할 것임을 강조하면서, 약물 대사와 독성 분석 기술의 발전 가능성도 언급했다.
‘인체 생리학적 사건을 재현하기 위한 오가노이드-온-어-칩 기술의 발전’(Advances in organoid-on-a-chip for recapitulation of human physiological events)을 주제로 한 연구논문은 세계적 과학 저널 Materials Today(impact factor 21.1·분야 영향력 상위 5% 이내)에 게재됐다.
허윤석 인하대 생명공학과 교수는 “이번 연구는 인간 생리 환경을 보다 정밀하게 모사하는 기술을 개발하는 데 초점을 맞추면서, 질병 모델링과 맞춤형 치료 개발에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대된다”며 “다중 장기 연결 시스템을 구현해 인체-온-어-칩(Human-on-a-chip) 기술로 발전시키는 게 앞으로의 목표”라고 말했다.
한편, 이번 성과는 과학기술정보통신부의 재원을 통해 한국연구재단으로부터 ‘마이크로 플라즈마 액적 플랫폼 기반의 기능성 바이오나노소재 합성 및 암세포 치료모델 연구(NRF-2021R1A2C3011585)’와 ‘미세생리학적 환경모사를 통한 맞춤형 오가노이드 장기칩 개발(NRF-2022R1C1C1005384)’을 지원받아 수행됐다.
(왼쪽부터) 인하대 박범준 박사, 상명대 강성민 교수, 인하대 허윤석 교수 / 출처 : BRIC Bio통신원
※ 위 이미지는 본문 내용과 직접적인 연관이 없음 / 이미지 출처 : Motion Elements
‘환각버섯류’에 포함된 활성 성분 ‘실로시빈(Psilocybin)’이 뇌 신경세포(뉴런)의 성장과 함께 네트워크 연결(시냅스 형성)을 촉진함으로써 신경가소성에 도움이 된다는 연구 결과가 제기됐다. 독일 만하임에 위치한 중앙 정신건강 연구소 산하의 헥터 뇌중개 연구소(HITBR)에서 발표한 내용이다.
실로시빈 효과, 정신 활성 작용
실로시빈은 이른바 ‘환각버섯’으로 분류되는 버섯류에 함유된 성분이다. 이름에서 알 수 있듯이 정신적인 영향을 미치는 성분이기 때문에, 일반적으로 규제 대상에 속한다. 다만, 실로시빈에 대해서는 별도로 추출하여 치료 목적으로 활용할 수 있을지에 대한 연구가 꾸준히 이루어져 왔다.
HITBR 연구팀은 최근 줄기세포를 통해 배양한 인간 신경세포에 실로시빈이 어떤 영향을 미치는지를 조사하고, 그 결과를 이달 초 「e 라이프(eLIFE)」 저널에 게재했다. 연구팀에 따르면 실로시빈은 인체에 투여됐을 때 ‘실로신(Psilocin)’으로 전환된다. 실로신은 궁극적으로 정신 활성 효과를 발휘하는 화합물이라는 것이 연구팀의 설명이다.
HITBR 연구팀이 발표한 결과에 따르면, 실로신은 단 한 번만 투여되더라도 짧은 시간 내에 인간 신경세포에 다양한 변화를 유도한다. 저널에 게재된 논문에는 구체적으로 신경세포가 더 많은 ‘가지’를 형성했으며, 신경세포의 내인성 성장 인자인 뇌 유래 신경 성장 인자(Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF)를 더 많이 생성한다는 내용이 담겼다.
BDNF는 신경세포의 생존을 돕고, 뇌가 자체적으로 최적화되는 과정인 ‘신경가소성’을 조절하는 주요 인자로 꼽힌다. BDNF의 수치가 낮을 경우, 우울장애나 불안장애와 같은 정신질환의 위험이 증가할 수 있다는 연구 결과도 있다. 이러한 내용을 종합해보면, 실로신을 투여함으로써 뇌가 더 유연하게 활성화될 수 있다.
실로시빈은 투여 후 '실리신'으로 전환되고, 신경세포를 활성화시키고 신경가소성을 촉진한다 / 이미지 출처 : Motion Elements
실로시빈, 정신질환에도 효과 있어
실로시빈 효과에 대한 연구는 이번이 처음이 아니다. 비교적 가까운 사례로는 지난 2024년 9월에 임페리얼 칼리지 런던의 연구팀이 발표한 연구 결과가 있다. 실로시빈이 항우울제로 사용되는 ‘선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRIs)’와 유사한 효과를 제공할 수 있다는 내용이다.
당시 연구 결과에 따르면 실로시빈은 25mg씩 두 번을 복용했을 때 약 6주에 걸친 SSRIs 복용과 유사한 효과를 보였다. 게다가 약 6개월이 지난 뒤까지도 증상 개선 효과가 유지됐다. 이를 토대로 임페리얼 칼리지 런던 연구팀은 치료제로서 실로시빈의 가능성을 강조한 바 있다.
실로시빈 효과는 두 가지로 요약할 수 있다. 하나는 소량 투여로도 즉각적인 효과를 발휘한다는 점, 그리고 추가 투여 없이도 상당기간 효과가 지속된다는 점. 이 두 가지 특징은 이번 HITBR 연구팀이 내놓은 연구 결과와 비교했을 때도 같은 맥락을 보여준다. 실제로 우울증에 대한 효과와 신경가소성 증진은 매우 밀접한 연관성을 가진다.
이외에도 전 세계 여러 연구 기관에서 실로시빈에 대한 임상 연구를 진행 중이다. HITBR 연구팀은 이번 연구 결과가 기존 임상 연구를 통해 제시된 긍정적인 결과들을 뒷받침할 수 있다고 밝혔다. 우울증 뿐만 아니라 다양한 정신질환의 치료 옵션으로 잠재력이 충분하다는 입장이다.
정신건강과 신경가소성의 관계
연구에 따르면 우울, 불안을 비롯한 여러 정신질환에서 BDNF 수치가 감소하는 경향이 나타난다. 이들 질환은 구체적인 원인과 메커니즘 등에서 차이가 있지만, BDNF 수치가 감소한다는 공통점을 보인다. 이번 연구를 통해 발표된 실로시빈 효과가 각광받는 이유다.
BDNF 수치가 감소하면 신경세포 간의 연결이 약화되기 쉽고, ‘신경가소성’이 제대로 조절되지 않는다. 즉, 신경회로의 변화 및 적응이 어려워지기 때문에 정신질환이 더 악화되거나 치료하기가 어려워질 수 있다.
물론, 약물을 활용한 치료법 외에도 BDNF 수치를 향상시킬 수 있는 방법이 있다. 대표적으로 ‘뇌를 위한 영양소’라 이야기하는 오메가 3 지방산(이하 오메가 3)의 섭취를 꼽을 수 있다. 오메가 3는 불포화 지방산의 일종으로 항염증 성분이 탁월해, BDNF 생산을 증가시킬 수 있다는 연구 결과가 있다. 동물성 식품 중에는 생선류, 식물성 식품 중에는 견과류를 통해 오메가 3를 섭취할 수 있다.
한편, 규칙적으로 운동을 하는 습관도 BDNF 수치를 증가시키는 효과가 있다. 운동을 통해 전신의 혈액순환이 활성화되면 자연스럽게 뇌로 가는 혈류도 증가하게 된다. 이는 신경세포에 공급되는 산소와 영양소를 늘려, BDNF 수치 증가로 이어진다.
실로시빈 효과에 관한 연구가 거듭되면서, 또 다른 정신질환 치료 옵션으로서의 잠재력이 점점 뚜렷해지고 있다 / 이미지 출처 : Motion Elements
비만을 치료해야 할 대상으로 바라보는 시각이 점차 확산되고 있다. 실제로 비만은 당뇨, 고혈압, 고콜레스테롤 등 대사질환을 동반하거나 악화시킬 위험이 더 큰 것으로 알려져 있다. 하지만 비만으로 진단된 모든 사람들이 건강에 이상이 있는 것은 아니다. 학계에서는 그 기준이 무엇인지를 명확히 밝혀내려 하고 있다.
비만인의 지방 세포 분석
지난 12월 스위스 취리히 연방 공과대학교(ETH)와 독일 라이프치히 대학교의 연구팀은 「세포 신진대사(Cell Metabolism)」 저널을 통해 연구 결과를 발표했다. 과체중이나 비만인 사람들의 지방 조직을 분석해, 그 세포들의 유전자 활동 데이터를 연구한 것이다. 대사질환 발생 위험을 알려주는 지표를 세포 단위에서 찾으려는 시도다.
연구팀은 라이프치히 비만 바이오뱅크(Leipzig Obesity Biobank)로부터 비만 진단을 받은 사람 약 70명의 의료 정보 및 생체검사 샘플을 확보했다.
이 샘플 그룹에는 대사질환을 겪고 있는 사람과 그렇지 않은 사람들이 함께 포함돼 있어, 소위 ‘건강한 비만’과 ‘해로운 비만’을 비교할 수 있었다. 연구팀은 이 샘플로부터 피하지방과 내장지방에 각각 어떤 유전자가 어느 정도로 활성화돼 있는지를 살펴보았다.
연구팀에 따르면, 이 연구의 핵심은 지방 조직의 세포 구성을 파악하는 데 있다. 실제로 지방 조직에서 지방 세포가 차지하는 비중은 크지 않으며, 그 외에 면역 세포, 혈관 형성 세포, 미성숙 전구 세포, 중피 세포와 같은 다른 유형의 세포들이 더 많다는 것이 연구팀의 설명이다.
특히 ‘중피 세포(stromal cells)’는 내장지방에서만 발견되는 세포로, 지방 조직의 구조를 지지하고 대사를 조절하는 역할을 한다.
비만인의 내장지방 구조 분석
보통 대사질환의 주요 원인으로 지목되는 것은 내장지방이다. 반면 피하지방은 과도하게 축적되지 않는 한 일반적으로 덜 위험한 것으로 본다. 실제로 대사질환이 있는 사람들의 내장지방 조직 세포에는 상당한 기능적 변화가 발견됐다. 대사질환이 있는 사람들의 지방 세포는 효과적으로 지방을 연소할 수 없었으며, 더 많은 ‘면역 전달 분자’를 만드는 경향을 보였다.
지방을 효과적으로 연소할 수 없다는 것은 대사 기능이 저하됐다는 뜻이다. 이는 지방이 더 잘 축적된다는 것을 의미한다. 한편, 면역 전달 분자가 많아지면 비정상적인 면역 반응을 유도해 ‘만성 염증’을 일으킬 위험이 높아진다. 지방이 축적됨에 따라 염증 물질이 늘어나 더 많은 염증 반응을 촉진할 수도 있다.
한편, ‘중피 세포’의 수와 기능에서도 명확한 차이를 보였다. 대사질환을 동반한 비만인의 경우 중피 세포 수가 확연히 적었고 기능도 제한적이었다. 반면, 진단 기준상 비만에 해당하지만 대사질환이 동반되지 않은 ‘건강한 비만’의 경우, 내장 지방 내 중피 세포 비율이 더 높았다.
또한, 건강한 비만인의 중피 세포는 마치 줄기세포처럼 다른 세포로 전환될 수 있는 기능적 유연성을 갖고 있었다. 환경에 따라 지방 세포나 면역 세포 또는 섬유아세포로 분화함으로써, 대사 차원에서 더 유리한 상태를 유지할 수 있다는 것이다.
‘건강한 비만’을 구분하는 지표
이번 연구를 통해 확인한 성과는 지방 조직 내 중피 세포가 ‘건강한 비만’을 구분하는 지표가 될 수 있다는 것이다. 다만, 연구팀은 그 인과관계에 대해서는 확신할 수 없다고 이야기했다. 즉, 중피 세포가 많기 때문에 건강한 것인지, 아니면 대사질환의 발생으로 중피 세포가 줄어드는 것인지를 확정적으로 말하기에는 근거가 부족하다는 것이다.
다만, 비만인의 현재 건강상태를 판단하고 대사질환 발병 위험을 예측하는 것은 가능하다. 지방 조직을 분석했을 때 중피 세포의 비율과 기능적 유연성을 확인하면 어느 정도 예상할 수 있다는 것이다.
취리히 연방 공과대학 연구팀은 이와 함께 보다 명확하고 실용적으로 활용할 수 있는 지표를 추가로 탐색하고 있다. 비만인 중에서도 치료가 시급한 환자를 식별하는 데 도움이 될 수 있는 다른 지표를 추가로 찾아보겠다는 계획이다.
카이스트 연구진이 대장에 생긴 암 세포를 정상 세포와 유사한 상태로 되돌리는 ‘암 가역 치료(cancer reversion therapy)’ 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 대장암 세포의 상태를 변환시켜 부작용 없이 치료할 수 있다는 설명이다.
‘변이된 암 세포를 되돌린다’는 접근
현재 시행되고 있는 항암치료는 ‘암 세포를 사멸시키는 방식’을 기본 전제로 하고 있다. 이로 인해 정상 세포까지 사멸시킴으로써 부작용을 유발하거나, 암 세포가 치료에 내성을 갖게 되면서 재발을 일으키는 등의 문제가 있었다.
한편 또 다른 치료 기술은 암 세포의 성장을 억제하거나 면역 체계를 활성화시켜 암 세포에 대응하게 하는 방식으로 접근하기도 한다. 암 세포의 내성을 무력화하거나 회피할 수 있는 방법이 새롭게 개발되는 사례도 적지 않다. 다만, 이러한 방법들 역시 근본적으로는 암 세포를 죽이거나 무력화하는 것을 전제로 하고 있다.
이런 기존의 방식과 반대로, 암 세포를 죽이거나 억제하지 않고 정상 상태에 가깝게 되돌리는 방법이 등장했다. 암 세포는 기본적으로 세포의 변이로 인해 발생하므로, 그 과정을 관찰해 원인을 찾고 변이를 되돌리는 접근법이다.
비정상적 분화를 컨트롤하는 방법
카이스트 바이오 및 뇌공학과 조광현 교수 연구팀은 정상 세포가 암 세포로 변하는 과정에서 정상적인 세포분화 궤적을 역행한다는 관찰 결과에 주목했다. 본래 세포가 정상적인 발달 과정을 거칠 경우, 여러 단계의 분화를 통해 각자 역할을 부여받게 된다. 미분화 상태의 줄기세포에서 여러 장기 세포 또는 조직 세포로 분화하는 것이다.
그러나 암 세포의 경우, 이 과정을 역행해 비정상적으로 성장하면서 분화하지 않은 형태로 돌아가게 된다. 이로 인해 통제되지 않은 방식으로 성장하고 분열하며 크기가 커지고 다른 영역으로 전이되는 것이다.
연구팀은 관찰한 내용을 토대로 ‘정상 세포의 분화 궤적’에 대한 유전자 네트워크의 디지털 트윈 모델(실제 시스템이나 프로세스의 가상 시뮬레이션 모델)을 제작하는 기술을 개발했다. 그런 다음 분석을 진행해 정상적인 세포분화를 유도하는 ‘마스터 분자 스위치’를 발굴했다.
마스터 분자 스위치는 다른 유전자의 발현을 조절해 세포의 분화 방향을 결정하는 역할을 한다. 이를 통해 암 세포의 유전자 발현을 조절함으로써, 세포가 정상적인 분화 과정을 따르도록 유도하는 원리다.
다른 암에도 적용할 수 있는 원천기술
연구팀은 분자세포 실험 및 동물 실험을 통해 마스터 분자 스위치의 효과를 입증했다. 대장암 세포에 적용했을 때, 이를 정상화시킬 수 있음을 확인한 것이다. 이는 암 세포가 어떤 원리로 생겨나는지, 그에 대한 통제력을 어떻게 되찾을 수 있는지를 분석함으로써 발견해낸 원천기술이라 할 수 있다.
조광현 교수는 “암 세포가 정상 세포로 되돌아갈 수 있다는 것은 놀라운 현상”이라며 “이번 연구는 암 세포의 정상화를 체계적으로 유도해낼 수 있음을 증명한 것”이라고 말했다. 또한 조 교수는 “이번 연구는 ‘가역 치료’의 개념을 최초로 제시했던 성과들을 바탕으로, 암 가역화 치료 타겟을 발굴하는 원천기술을 개발한 것”이라고 강조했다.
이번 연구에서는 대장암 세포를 대상으로 검증했지만, 사실상 다른 암종에도 응용할 수 있는 원리를 포함하고 있다. 향후 응용을 통해 여러 암종에 대한 ‘암 가역 치료제’를 개발할 수 있는 가능성을 제시했다는 점에 큰 의미가 있다.
이번 연구 결과는 와일리(Wiley)에서 출간하는 국제 저널 「어드밴스드 사이언드(Advanced Science)」에 온라인판으로 게재됐다.
