[바이오타임즈] 6월 2일 한국과학기술원(KAIST)은 김광수 미국 하버드 의대 맥린병원 분자신경생물학 교수 연구팀이 파킨슨병 환자의 피부세포를 도파민 신경세포로 전환해 뇌에 이식하는 임상을 지난달 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.

역분화 줄기세포를 활용한 세계 최초의 치료 사례

김교수는 일본의 교토대에서 개발한 역분화 줄기세포(유도만능줄기세포, iPS) 기술을 활용해 미국에 거주하는 파킨슨병 환자의 피부세포를 도파민 분비 신경세포로 전환하는 데 성공했다. 그 후 미국 식품의약품안전청(FDA)의 승인을 받아 이 신경세포를 환자 본인의 뇌에 두 차례(2017년, 2018년) 이식했다.

그 결과 환자는 2년 만에 수영을 하고 자전거를 탈 정도로 크게 회복되었다. 이후 양전자방출단층촬영(PET)으로 환자의 뇌를 살펴보니 도파민 분비가 잘 이뤄지고 있어 도파민 약제 복용량도 줄일 수 있었다.

이 연구는 지난달 14일 미국 의학학술지인 ‘뉴잉글랜드 저널 오브 메디신(NEJM)’에 소개되었다.

이번 뇌 질환 환자 치료는 역분화 줄기세포를 활용한 세계 최초 치료 사례이다. 2017년 황반변성증 환자를 대상으로 역분화 줄기세포를 활용한 치료를 진행된 바 있으나, 증세가 호전되지 않았다.

한편, 김교수팀은 이번 치료에 성공하기까지 약 20년의 연구 과정을 거쳤다. 김교수팀은 2009~2011년 세계 최초로 바이러스의 도움 없이 역분화 줄기세포를 만들고, 이를 파킨슨병 동물에게 적용하는 기술을 개발했다. 이후 2017년에는 도파민 신경 분화 메커니즘을 밝혀 임상 적용을 할 수 있는 새로운 역분화 기술을 개발했으며, 최근에는 이렇게 만들어진 도파민 신경세포를 파킨슨 동물에 이식해 안전성을 확인하는 연구까지 진행하고 있다.

김교수는 “향후 안정성과 효능성 입증을 위해 더 많은 환자를 대상으로 임상시험을 진행해야 하며, FDA의 승인을 위해 필요한 절차를 밟아야 한다”라고 말했다.

고령화 추세로 퇴행성 뇌 질환 급증...사회적 비용 증가도 문제

파킨슨병은 치매, 뇌졸중과 함께 노인 3대 질환으로 꼽히는 퇴행성 뇌 질환이다. 퇴행성 뇌질환은 아직 원인이 밝혀지지는 않았다. 대표적인 증상으로는 뇌와 척수의 특정 뇌세포군이 서서히 기능을 잃고, 세포 수가 감소하는 것 뿐 아니라 뇌 신경세포 간 정보 전달을 담당하는 시냅스의 형성이나 기능에도 문제가 발생한다.

뇌와 척수에서 기능하는 신경세포들은 그 위치에 따라 다양한 역할을 한다. 따라서 어느 부위의 신경세포가 손상되거나 기능을 잃는지, 기능장애가 어떤 방식으로 나타나는지에 따라 다양한 양상을 보인다.

또한, 퇴행성 신경질환은 신경세포의 끊임없는 사멸과 관련되어 있다. 발병 부위나 기전에 따라 진행성 운동실조, 진행성 인지기능 장애, 근력저하 및 근위축 등의 증상이 있다.

질환의 종류 역시 뇌에서 신경세포가 사멸하는 부위에 따라 구분할 수 있다. 주로 알려진 질환으로는 파킨슨병, 치매, 헌팅턴병, 다발성경화증 등이 있다.

현재 전 세계가 고령화 사회로 접어들면서 퇴행성 뇌 질환이 증가하고 있다. 이러한 현상은 질환을 앓는 환자뿐만 아니라 주변 사람들에게도 영향을 미치며, 치료 및 관리를 위한 사회적 비용이 증가는 등의 문제를 일으킨다. 특히, 우리나라는 고령화가 급속도로 진행되고 있어 다른 OECD 국가보다 퇴행성 뇌 질환 환자의 증가 속도가 약 4.5배가량 빠르다.

파킨슨병 치료의 핵심은 도파민 공급

파킨슨병은 이상 운동 질환으로 분류되며, 주로 신경과에서 다뤄지고 있다. 신경 퇴행성 장애 중 두 번째로 흔한 병이다. 편히 누워 있거나 팔을 내려놓고 있을 때도 손발이 떨리고(진전), 몸이 굳으며(경직), 행동이 느려지고(서동), 표정이 없어지고, 걸음걸이가 불안정해지는(보행장애) 등의 증상을 보인다. 또한, 어깨나 등이 짓눌리듯 아프거나 온몸이 굳어 불쾌감과 함께 통증이 잦은 것으로 알려졌다. 이미 많이 진행된 경우에는 제대로 서 있을 수가 없어 넘어져서 다치기도 한다. 대부분 60세 이상의 노년층이 많이 앓는 질환이지만, 간혹 젊은 나이에 앓는 환자들도 있다.

뇌에서 신경전달물질인 도파민을 분비하는 특정 신경세포들이 죽어가면서 도파민 부족으로 발생하는 질환이다. 이 병은 세포가 죽어가는 속도가 정상적인 노화 속도에 비해 빠르고, 뇌의 특정 부위가 주로 손상되는 특징이 있다.

안타깝게도 완치는 불가능하다. 하지만 체내에 부족한 도파민을 공급해준다면 증상을 완화할 수는 있다. 현재 도파민 효능제, COMT 효소 억제제, 마오-B 효소 억제제, 레보도파(Levodopa) 등을 사용해 환자가 일상생활을 할 수 있도록 돕는 처방이 이루어지고 있다.

한편, 파킨슨병이라고 해서 신체적 운동기능 저하만 가져오는 건 아니다. 인지 저하를 포함한 치매, 충동조절장애, 생생한 꿈, 수면장애, 변비, 불안감, 우울증, 무관심 등의 증상도 겪는다. 특히, 치매로 이어질 가능성이 정상인보다 무려 6배 이상 높으며, 사망률도 3배나 높다.

지금까지 연구 개발된 대표적인 치료법으로는 약물치료, 수술치료, 물리치료 등 3가지가 있다. 이 중에서는 약물치료가 기본이다. 파킨슨병 치료는 환자가 일상생활을 무리 없이 하는 것이 1차 목표이며, 최소 용량의 약물로 진행하는 치료를 지향하고 있다.

이렇듯 파킨슨병은 완치할 수 없는데다 사망률도 높은 것으로 잘 알려졌다. 따라서 김교수팀의 임상 치료 성공 소식은 뉴욕타임스, 사이언스데일리, 로이터 등 전 세계 유명 일간지에 일제히 보도돼 큰 주목을 받고 있다. 전 세계적으로 유도만능줄기세포를 활용해 파킨슨병을 치료한 사례는 이번이 처음이기 때문이다.

특히 환자의 체세포를 줄기세포로 전환하는 과정에서 안정성을 확보해야 하며, 이를 다시 도파민 세포로 분화시킨 후 뇌에 이식해야 하므로 유해성이나 부작용이 없어야 가능한 일이다. 따라서 임상치료에서 성공을 거둔 것은 큰 의미가 있다고 볼 수 있다.

김교수는 “10년가량 후속 연구를 계속 성공적으로 수행한다면 맞춤형 세포치료가 파킨슨병 치료의 보편적인 치료방법으로 자리 잡을 것이다”라고 말했다.

[바이오타임즈=나지영 기자] jyna19@biotimes.co.kr

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