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(윗줄 왼쪽부터) 고려대 생명공학부 박희호 교수, 세종대 기계항공우주공학부 권보미 교수, KAIST 기계공학과 유홍기 교수(이상 교신저자). (아랫줄 왼쪽부터) 고려대 강지현 석박사통합과정, 국민대 손보람 교수, KAIST 한정무 박사후연구원 (이상 제1저자). |
[대학저널 이선용 기자] 고려대학교 생명공학부 박희호 교수 연구팀이 세종대학교 기계항공우주공학부 권보미 교수 연구팀, KAIST 기계공학과 유홍기 교수 연구팀과 공동으로 뇌 오가노이드를 이용한 비침습적 알츠하이머병 진단 플랫폼을 개발했다.
오가노이드는 줄기세포를 배양해 실제 장기와 유사한 구조·기능을 재현한 것으로 ‘미니 장기’라고도 한다
알츠하이머병은 전 세계 5천만 명 이상이 앓고 있는 신경퇴행성 질환이다. 증상이 나타나기 15~20년 전부터 뇌세포가 손상되기 시작하는데, 현재 통증이 심한 뇌척수액 채취·분석 혹은 고가의 특수 뇌 촬영(PET 이미징) 등을 통해 진단할 수 있다. 조기 발견이 매우 중요한 질병이지만 환자들이 조기에 검사받기에는 건강·비용 측면에서 부담이 크다.
기존에 세포나 동물실험을 통해 알츠하이머병 신약 개발을 추진해 왔지만, 인간 뇌의 복잡한 신경망과 병리적 특성을 완벽히 재현하지 못해 높은 실패율을 기록하고 있다.
이에 연구팀은 환자에게서 채취한 세포에 유전자 변형을 가한 ‘인간 유도만능줄기세포(hiPSC)’를 활용해 뇌 오가노이드 모델을 구축했다. 이 과정에서 가족성 알츠하이머병의 대표적 원인 유전자인 PSENM146I의 발현 시점을 정밀하게 제어하는 시스템을 설계해, ‘미니 뇌’에서 알츠하이머병의 핵심 병리 현상을 성공적으로 재현했다.
나아가 멀티모달 형광시상수 이미징 기술을 결합해 살아있는 뇌 조직의 대사 상태를 실시간으로 분석할 수 있는 3차원 프로파일링 플랫폼을 개발했다. 이를 통해 비파괴적인 방법으로 알츠하이머병을 명확히 구별하고, 병의 진행 양상을 실시간으로 추적할 수 있다.
박희호 교수는 “살아있는 인간 뇌 오가노이드에서 알츠하이머병의 대사 변화를 비침습적으로 실시간 추적하는 기술을 구현해 기존 진단 패러다임의 전환점을 마련했다”며 “향후 가족성 알츠하이머병을 넘어 후천성 알츠하이머병을 모사하는 차세대 오가노이드 모델로 확장해, 실제 환자 적용이 가능한 정밀 의료 및 치료 전략 개발로 이어가겠다”고 밝혔다.
연구 성과는 나노과학 및 나노기술(Nanoscience & Nanotechnology) 분야의 SCIE급 국제 저명 학술지 ‘Nano Today(IF=10.9, JCR 상위 10%)’ 온라인에 3월 11일 게재됐다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구실, 산업통상자원부 합성생물학 기반 혁신 바이오의약품 인재양성사업, 농림축산식품부 고부가가치식품기술개발사업, 해양수산부 대체해조육 및 수산배양육 기술개발연구사업, (주)심플플래닛의 지원을 받아 수행됐다.
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