경희대학교병원 신경과 안태범·유달라 교수팀[한국과학기술연구원(KIST) 지능·인터랙션연구센터 정다운·문경률 박사]이 인공지능(AI)을 활용해 파킨슨병 진단의 정확도를 높이고 진행 단계까지 분류할 수 있는 새로운 기법을 개발했다. 연구결과는 HEALTH CARE SCIENCES & SERVICES 분야 상위 1% 학술지인 <NPJ 디지털 메디신(NPJ Digital Medicine, IF=12.4)>에 게재됐다.
파킨슨병은 환자의 증상 관찰과 병력 청취, 약물 반응 평가를 통해 진단하지만, 평가자의 주관이 개입되어 객관성과 정확도가 떨어진다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 질환 진행 정도에 따라 5단계로 구분된 파킨슨병 환자군 188명과 건강한 대조군 22명, 총 210명을 대상으로 보행분석장비를 이용해 10초 정적 균형 테스트를 진행했다.
그 결과, 압력중심(Cop) 데이터를 통해 총 37개의 움직임 특성을 관찰했으며, 특히 ▲몸의 중심 안정성 ▲균형 유지 패턴의 일관성 ▲미세한 떨림 빈도에서 유의미한 결과가 산출됐다. 이후, 모든 데이터를 머신러닝 알고리즘에 학습시켜 진단 모델을 완성했다.
경희대병원 신경과 안태범 교수는 “단 10초간의 정적 균형 테스트만으로도 파킨슨병의 존재 여부와 진행 단계를 정확하게 분류할 수 있다는 점은 기존 걷기나 움직임 기반 진단법 대비 간편하면서도 객관성이 높아 예측을 통한 조기 진단까지 가능하다”며 “최첨단 IT 기술을 적극 활용한 후속연구를 바탕으로 파킨슨병 진단의 새로운 기준을 제시하고 효과적인 치료 전략 수립에 기여하고자 노력하겠다”고 밝혔다.
논문 제목은 ‘정적 서기 자세를 활용한 파킨슨병 및 그 진행 단계의 식별’ (Identifying Parkinson’s disease and its stages using static standing balance)이다.
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한국과학기술연구원(원장 오상록, 이하 KIST) 창업기업인 (주)큐어버스(대표 조성진)가 이탈리아 제약사 ‘안젤리니파마’와 총 3억7천만 달러(한화 5,037억 원)의 기술 수출계약을 체결했다. 대상이 된 기술은 ‘CV-01(씨브이-공일)’로, ‘치매 치료를 위한 신약 후보물질’이다.
CV-01은 올해 9월 임상 1상에 착수했다. 과학기술정보통신부(장관 유상임, 이하 과기정통부)와 KIST는 큐어버스의 연구개발부터 기술출자 창업, 기술 상용화, 임상에 이르기까지 신약 개발 전 주기에 대해 지속적인 지원을 해왔다. 안젤리니파마 측에서 신약 상용화에 성공할 경우, 역대 정부출연 연구기관에서 이뤄낸 기술 수출사례 중 역대 최대 금액의 성과가 될 것으로 전망된다.
뇌 염증과 스트레스, 치매 원인의 새로운 접근
치매는 ‘아밀로이드 베타’ 단백질이 뇌에 과도하게 쌓이는 것이 원인인 것으로 여겨져 왔다. 이에 제약회사들은 아밀로이드 베타 단백질의 축적을 막거나, 쌓인 단백질을 제거하는 물질을 개발해왔다. 하지만 효능에 한계가 있었고, 환자가 사망하는 등 안전성 문제가 남아있었다.
이에 글로벌 제약회사들은 아밀로이드 베타 단백질 외에 최근 다른 방향으로 접근하고 있다. 뇌 염증 및 산화성 부정적 압력(스트레스)이 치매의 근원일 가능성에 주목하며, 이와 관련된 차세대 기전 치료제 개발에 열을 올리고 있다.
이에 KIST 박기덕 박사 등 연구진은 2014년부터 차세대 치매 치료제 개발에 착수했다. 스트레스 및 염증에 대해 발생하는 방어 기전인 ‘keap1/Nrf2 신호전달 경로’를 통해 신경염증 반응을 억제하는 방식이다. 이는 신경회로의 손상을 예방하고 뇌의 건강한 상태를 유지하는 데 초점을 맞춘다.
연구팀은 수년간에 걸친 연구 결과, 해당 반응 경로를 표적으로 하는 CV-01을 개발했다. 만약 이 물질을 사용해 신약을 개발하고 이를 상용화하는 데 성공하게 되면, 이러한 메커니즘의 치매 치료제는 세계 최초 사례가 된다. 메커니즘 특성상 뇌 신경 손상이 원인이 되는 파킨슨병, 뇌전증 등의 질환에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
일반적인 치료제와 달리 ‘먹는 약’
보통 특정 질환의 표적 치료제로 개발된 것들은 주사제가 다수를 차지한다. 항암제, 당뇨 치료제, 자가면역 질환 치료제를 비롯한 각종 바이러스 백신이 그 예다. 하지만 CV-01을 활용한 치료제는 ‘먹는 약’으로 개발된다. 처방에 따라 복용하기만 하면 되므로, 주사제보다 훨씬 간편하다.
또한, 질병의 ‘원인 물질’에만 선택적으로 결합하는 표적 치료제로서의 성질이 강하다. 정상 세포에 대한 손상을 최소화하기 때문에, 뇌혈관 부종과 같은 부작용도 적을 것으로 예상된다. 저분자 화합물 약물로 분자 크기가 작기 때문에 생체 내 이동성이 높다. 즉, 혈뇌장벽(BBB)을 넘어 뇌에 도달하는 것이 용이하다는 것도 장점으로 꼽힌다. 알츠하이머나 파킨슨 같은 신경퇴행성 질환의 경우 신경세포에 직접적으로 작용하는 것이 중요하기 때문이다.
한편, 신경회로의 염증성 손상을 예방하는 것이 주요 기전이므로, 발병 전 예방 목적으로 활용할 수 있다. 이는 향후 고령인구의 비율이 더욱 높아질 것에 대비해, 사회적 비용을 낮추는 데 획기적인 기여를 할 것으로 전망된다.
정부출연 연구기관 중 역대 최대 성과 전망
이번 계약은 신약 상용화 성공 시 기술이전 조건으로 총 3억7천만 달러 규모다. 2016년 KIST가 ‘국가과학기술연구회 미래선도형 융합연구단’으로부터 43억5천만 원의 지원을 받아 신약 후보물질 개발에 착수한 후 약 8년여 만의 성과다. 기술출자회사인 (주)큐어버스는 2021년 ‘생명공학 인기 연구자(바이오스타) 사업’의 지원을 받아 창업했다.
큐어버스 측은 과기정통부로부터 약 3억 원 규모의 사업화 지원을 받아 연구 개발을 진행했으며, 현재는 과기정통부·보건복지부가 공동 주관하는 ‘치매극복 연구개발사업단’의 지원을 토대로 CV-01의 임상 1상 단계를 진행 중이다.
큐어버스 조성진 대표는 “CV-01은 치매, 뇌전증, 파킨슨병을 비롯한 뇌신경계 질환에 획기적인 잠재력을 지니고 있어, 치매 등 뇌질환으로 고통받는 환자와 그 가족들에게 희소식이 될 것으로 전망한다”라며, “기술개발, 사업화, 임상 등 전체 주기에 걸친 정부 지원이 큰 도움이 될 것이다”라고 말했다.
KIST 오상록 원장은 “KIST 연구자가 개발한 기술이 첨단 생명공학 신생기업 창업으로 이어지고, 세계 제약시장에 진출한 훌륭한 사례가 되었다”라며 “앞으로도 게임 체인저가 될 세계적 원천기술 확보에 힘쓰겠다”라고 말했다.
보건복지부(장관 조규홍)가 금일(28일) 오후 ‘의료 데이터 연구 활성화를 위한 간담회’를 개최했다고 밝혔다. 서울 동대문구에 위치한 서울바이오허브에서 국내 바이오·의료 분야 스타트업들과 만나, 디지털 헬스케어를 비롯한 첨단의료 연구를 활성화하고자 하는 방침이다.
금일 행사에는 보건복지부 고형우 첨단의료지원관을 비롯해, 서울바이오허브 김현우 센터장, 그리고 ‘의료 데이터 중심병원-스타트업 공동연구 프로젝트(이하 공동연구 프로젝트)’에 선정된 7개 기업 관계자가 참석했다.
보건복지부는 올해 3월부터 서울특별시와 협력해, 공동연구 프로젝트를 추진해온 바 있다. 이는 바이오·의료 스타트업들이 병원의 의료 데이터를 활용, 인공지능 의료기기 개발 등 연구에 활용할 수 있도록 하는 것을 핵심으로 한다.
서울바이오허브란?
서울바이오허브는 지난 2017년 10월 서울 동대문구에 개관했다. 올해 4월에는 글로벌 센터에 실험 및 연구를 위한 공간, 회의실·세미나실·워크스페이스 등 네트워킹에 특화된 공간 등을 추가함으로써 각 기업들이 보다 안정적으로 성장해갈 수 있는 환경을 만들었다.
2017년부터 2023년까지 279개 기업이 서울바이오허브에 입주한 바 있다. 입주 기업들을 통틀어 약 4,600억 원 규모의 투자를 유치했으며, 774억 원의 매출과 1,700여 명의 신규고용을 창출하는 등의 성과를 거뒀다.
2023년 7월부터 한국과학기술연구원(KIST)과 고려대산학협력단이 위탁운영을 맡고 있으며, 바이오·의료 분야 연구 개발(R&D) 및 사업화(컨설팅, 투자, 해외진출 등), 스타트업 육성, 네트워크 거점 제공, 인재 양성 지원 등을 주요 목적으로 운영한다.
공동연구 프로젝트 모식도 / 출처 : 보건복지부 보도자료
공동연구 프로젝트 주요 내용
공동연구 프로젝트는 보건복지부 산하 한국보건의료정보원과 서울바이오허브가 주체가 돼, 서울 소재의 기업과 ‘의료 데이터 중심병원(이하 중심병원)’ 간 연계를 추진한다. 디지털 헬스케어 연구에는 다양한 의료 데이터가 대량으로 필요한 만큼, 각 기업과 중심병원 간 협의 및 컨설팅을 지원하게 된다.
지난 3~4월에 걸쳐 공동연구 프로젝트에 참여할 기업을 모집하는 공고를 진행했으며, 최종적으로 7개 기업을 선발해 5개 의료기관과 최종 매칭 및 협약을 완료했다.
7월부터 연구 착수
현재 공동연구 프로젝트의 중심병원으로는 주요 상급종합병원을 비롯해 43개 의료기관이 참여하고 있다. 중심병원들이 보유한 의료 데이터는 가명 처리 등 개인정보 보호 하에 활용할 수 있도록 지원된다.
지난 7월 중심병원 5곳과 바이오·의료 분야 중소·벤처기업 7곳을 매칭해 첨단의료 연구에 착수했다. 가명 처리된 의료 데이터를 활용해, 질환별 진단·예측에 필요한 인공지능 솔루션 및 바이오마커 등을 개발할 예정이다. 서울시에서는 중심병원과 기업간 매칭, 상담, 데이터 가공비용 일부 지원 등의 방법으로 프로젝트를 지원한다.
<본 기사는 보건복지부에서 2024년 8월 28일 작성하여 공공누리 제1유형으로 개방한 보도자료를 활용해 작성되었습니다.>
세포의 자가포식(Autophagy) 작용을 활용하는 알츠하이머 치매의 새로운 치료 메커니즘이 나왔다.
한국과학기술연구원(KIST) 뇌질환극복연구단 류훈 박사 연구팀은 기초과학연구원(IBS) 이창준 단장 연구팀, 보스턴 의과대학 이정희 교수 연구팀과 함께 뇌 속 비신경세포 ‘별세포(Astrocyte)’를 활용하는 알츠하이머 치료 메커니즘을 규명했다. 별세포의 자가포식 작용을 통해 퇴행성 뇌질환을 유발하는 아밀로이드 베타(Aβ) 올리고머 단백질을 제거하는 방식이다.
‘별세포’의 개념과 역할
별세포(아교세포라고도 불림)는 중추신경계에서 발견되는 신경교세포의 한 종류다. 신경교세포는 비신경세포의 하위 그룹 중 하나로, 여러 종류로 세분화된다. 이들은 신경세포(뉴런)에 영양을 공급하고 신경신호(시냅스) 전달이 원활히 이루어지도록 돕는 등 보조적인 역할을 한다. 혈뇌장벽(BBB)을 형성하고 유지하는 일, 뇌 가소성에 의한 신경세포의 성장과 연결을 촉진하는 것 역시 신경교세포들의 역할이다.
알츠하이머는 퇴행성 치매의 종류 중 가장 큰 비중을 차지하는 유형이다. 아밀로이드 베타 독성 단백질이 비정상적으로 모여 축적되면서, 뇌내 염증 반응 및 신경세포 손상을 유발하는 것이 퇴행성 치매의 발생 원인이다.
지금껏 학계에서는 별세포가 신경세포 주위의 독성 단백질을 제거하는 역할을 하는 것에 주목해왔다. 하지만 그 과정이 정확히 어떻게 이루어지는지는 규명되지 않았다.
자가포식, 세포들의 자정작용
오토파지, 즉 자가포식은 세포들이 자발적으로(Auto) 잡아먹는(Phagy) 과정을 말한다. 세포 내 손상된 단백질이나 소기관 등의 구성요소를 제거하는 작업으로, 쾌적하고 건강한 환경 유지를 위한 자정작용이다.
자가포식은 영양 공급이 부족하거나 스트레스를 받을 때, 면역 기능이 활성화될 때 등 필요에 따라 자연적으로 발생한다. 가장 일상적인 예로, 다이어트에서 사용되는 간헐적 단식 역시 세포의 자가포식 작용을 의도적으로 유발해 활용하는 사례 중 하나다.
별세포의 자가포식 관련 유전자 조절은 알츠하이머 치매 환자의 뇌에서 아밀로이드 베타를 효과적으로 제거하는데 중요한 기전이다 / 출처 : 한국과학기술연구원(KIST)
손상 뉴런 회복하는 별세포의 자가포식
뇌 속 별세포의 자가포식 역시 신경세포들의 항상성을 유지하기 위해 발생하는 자정작용이다. 연구팀은 알츠하이머 환자의 뇌에서 별세포가 자가포식 조절 유전자를 유도해 독성 단백질 축적이나 염증 반응에 대응한다는 점을 관찰했다.
또한, 이를 바탕으로 별세포에서만 발현하는 자가포식 조절 유전자를 수집한 다음, 알츠하이머가 유도된 쥐의 뇌에 주입했다. 그 결과 손상된 신경세포가 회복되는 과정을 확인했다. 별세포의 자가포식 작용이 독성 단백질 덩어리를 줄이며, 뇌 인지기능을 개선할 수 있음을 밝혀낸 것이다.
특히, 뇌에서 기억을 저장하는 역할을 담당하는 ‘해마’ 부위의 경우, 자가포식 조절 유전자의 발현이 증가함에 따라 조직 내 병리 현상이 줄어든다는 점도 확인했다. 이는 기존까지 신경세포 중심의 알츠하이머 치료에서 벗어나, 비신경세포의 일종인 별세포를 통해 접근한다는 점에서 의의를 가진다.
치매 정복 가능성 열리나
알츠하이머를 비롯한 치매 및 퇴행성 뇌질환은 한 번 발병하면 속도를 늦출 수 있을 뿐 완치는 불가능하다는 것이 통설이다. 하지만 별세포의 자가포식 작용을 통해 축적된 독성 단백질을 제거할 수 있다면, 완전한 치료도 가능하지 않을까 하는 기대를 해볼 수 있을 것이다.
하지만, 섣부른 희망을 말하기에는 아직 부족한 부분이 많다. 치매라는 증상은 이밖에 여러 요인이 복합적으로 작용할 수 있기 때문에, 독성 단백질을 제거할 수 있다는 것만으로 ‘치매의 완전한 회복이 가능하다’라고 말할 수는 없다.
다만 이번 연구는 기존과는 다른 메커니즘으로 치료법 연구 및 치료제 개발을 시도할 수 있다는 것이 핵심이다. 연구팀은 별세포의 자가포식 기능을 강화함으로써, 치매 증상을 예방하거나 완화할 수 있는 약물을 탐색하고 이에 대한 연구를 계속 진행한다는 계획을 밝혔다.
한편, 이번 연구는 보건복지부(장관 조규홍) 치매극복과제의 일환으로 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 ‘분자 신경퇴화(Molecular Neurodegeneration, IF=14.9)’에 게재됐다.
치매 환자 뇌 조직에서 별세포 특이적으로 자가포식 유전자 발현이 증가한다는 점을 확인 / 출처 : 한국과학기술연구원(KIST)
