December 14,2019

뇌졸중, 줄기세포 치료로 회복

동물실험 성공적, 인체 임상시험 곧 실시

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뇌졸중으로 영구적인 뇌손상을 입은 환자가 머지 않아 거의 정상상태로 회복될 수 있는 날이 올 것으로 기대된다.

미국 남캘리포니아대(USC) 연구진은 인간 줄기세포와 함께 미국 식품의약국(FDA)이 임상시험을 승인한 특별한 단백질을 뇌졸중을 일으킨 실험 쥐에 복합 처치해 성공적인 결과를 얻었다고 ‘네이처 의학’(Nature Medicine) 22일자에 발표했다.

이번 연구를 지원한 미 국립 신경질환 및 뇌졸중 연구원의 프로그램 책임자 짐 코닉(Jim Koenig) 박사는 “이번 동물시험 연구는 뇌졸중 환자 치료에 새로운 돌파구를 열었다”며, “이 치료법을 사람에게 적용하면 뇌졸중 회복에 획기적인 도움을 줄 것”이라고 평가했다.

뇌혈관이 막히는 허혈성 뇌졸중 그림. 그림 위의 혈관에 혈전이 막혀있다. 사진 Wikipedia /Blausen Medical Communications, Inc. ⓒ ScienceTimes

뇌혈관이 막히는 허혈성 뇌졸중 그림. 그림 위의 혈관에 혈전이 막혀있다. 사진 Wikipedia /Blausen Medical Communications, Inc.

줄기세포와 활성화 단백질 복합 치료 시도

논문의 시니어 저자인 베리슬라브 즐로코빅(Berislav Zlokovic) 교수팀은 신경 줄기세포가 기능성 뇌신경세포가 되도록 자극하는 한 단백질을 찾아냈다. 인체 단백질인 ‘활성화 단백질 C’(activated protein C)의 한 변이체인 3K3A-APC가 그것.

이 단백질 복합체는 현재 신경보호물질로 기능을 할 수 있는지 시험 중이다. 미 국립보건원(NIH)이 지원하는 약물의 용량과 효과를 살펴보는 2상 임상시험에서 수 시간 안에 뇌혈전이 뇌혈류를 막아 생기는 허혈성 뇌졸중(뇌경색)이 발생한 환자들에게 이 3K3A-APC를 투여해 상태가 호전되는지의 여부를 관찰하고 있다. 미 질병관리본부(CDC)에 따르면 전체 뇌졸중의 87%는 허혈성 뇌졸중에 속한다.

즐로코빅 교수는 3K3A-APC를 사용해 뇌졸중을 일으킨 쥐에 인체 줄기세포를 이식하고 뇌신경세포를 만드는데 성공한 팀은 자신과 동료 연구진이 처음이라고 말했다. 그는 이번 연구에서  “3K3A-APC가 이식된 줄기세포를 뉴런으로 전환시키고 주 신경시스템과의 구조적, 기능적 연결 형성을 돕는다는 사실을 보여주었다”며, “뇌졸중 분야에서 지금까지 누구도 이 같은 사실을 발표한 사례가 없어 우리 팀의 연구가 미래 연구의 중요한 표준이 되리라 믿는다”고 말했다.

줄기세포와 활성화 단백질 복합 치료제로 뇌졸중 치료의 동물실험에 성공한 미국 남캘리포니아대 베리슬라브 즐로코빅 교수. ⓒ ScienceTimes

줄기세포와 활성화 단백질 복합 치료제로 뇌졸중 치료의 동물실험에 성공한 미국 남캘리포니아대 베리슬라브 즐로코빅 교수.

줄기세포 재생의학이 희망

다른 연구자들도 줄기세포를 손상된 뇌 영역에 이식하는 연구를 해 왔으나 이식된 줄기세포가 시간이 지남에 따라 사라져버려 제한적인 성공만 거뒀다. 이번의 복합 치료법에서는 그런 일이 생기지 않았다.

미국에서는 해마다 79만5000명이 뇌졸중에 걸리는 것으로 알려진다. 논문의 공저자이자 USC의대 질카 신경유전 연구원(Zilkha Neurogenetic Institute) 시니어 연구원인 야오밍 왕(Yaoming Wang) 박사는 뇌졸중 생존자의 70% 이상이 근육 약화나 마비와 같은 기본적인 신경학적 증상을 갖고 있다고 말했다. 그는 “효과적이고 실제적인 뇌졸중 치료법이 아직까지 나오지 않았다”며, “줄기세포를 이용한 재생의학이 뇌졸중 치료의 큰 희망”이라고 덧붙였다.

복합치료법은 어떻게 작용하나

연구팀은 실험 쥐에 뇌졸중을 일으킨 일주일 뒤(인간으로 치면 여러 달 뒤에 상당)에 인체 신경줄기세포를 손상된 뇌 조직의 옆에 이식했다. 그런 다음 면역억제제인 시클로스포린과 4회 분량의 3K3A-APC를 일주일 동안 투여했다. 다른 쥐에게는 위약(placebo)을 주었다.

실험 결과 이식된 줄기세포는 뇌신경세포와 다른 뇌세포로 자라난 것으로  확인됐다. 이 특별 복합제 처방을 받은 쥐들은 위약 처방을 받은 쥐들에 비해 인체 줄기세포 유래 뉴런들이 16배나 많이 생겨났다.

즐로코빅 교수는 “처방을 받은 실험 쥐들은 뇌졸중 발생 5주 후 기능적 결함이 최소화되었고, 근육운동과 감각운동 기능이 거의 정상으로 되돌아왔다”며, “이식된 세포들과 주 세포들 간에 신경접합이 형성돼 주 신경회로망에서 이식된 줄기세포들의 기능적 활성화와 협동이 이루어졌다”고 밝혔다.

뇌혈관이 막혀 뇌세포가 죽으면 그 영역에서 맡고 있던 운동이나 감각기능이 마비된다. 죽은 뇌세포를 되살리고 뇌세포가 뇌의 신경회로망과 잘 연결되도록 하는 것이 뇌졸중 치료의 핵심이다. 그림은 뉴런에서 전기신호가 나와 신경절인 시냅스에 전달돼 신경전달물질 분비를 자극함으로써 신호가 전달되는 모습을 그린 그림(사진 왼쪽). 뉴런들은 시냅스와 연결되는 나뭇가지 모양의 네트워크를 형성하기도 한다. 녹색으로 형광 염색된 부분은 뇌 해마의 피라미드형 뉴런. 사진 Wikipedia. ⓒ ScienceTimes

뇌혈관이 막혀 뇌세포가 죽으면 그 영역에서 맡고 있던 운동이나 감각기능이 마비된다. 죽은 뇌세포를 되살리고 뇌세포가 뇌의 신경회로망과 잘 연결되도록 하는 것이 뇌졸중 치료의 핵심이다. 그림은 뉴런에서 전기신호가 나와 신경절인 시냅스에 전달돼 신경전달물질 분비를 자극함으로써 신호가 전달되는 모습을 그린 그림(사진 왼쪽). 뉴런들은 시냅스와 연결되는 나뭇가지 모양의 네트워크를 형성하기도 한다. 녹색으로 형광 염색된 부분은 뇌 해마의 피라미드형 뉴런. 사진 Wikipedia.

운동기능과 감각 테스트

쥐들의 운동기능을 시험하기 위해 회전하는 막대 위에서 떨어지지 않고 잘 가는지 살펴보는 한편, 감각기능과 운동기능 알아보기 위해 쥐의 앞발에 접착 테이프를 불여놓고 이를 떼어내는데 얼마나 오래 걸리는지를 조사한 결과 인체 줄기세포를 이식받은 쥐들이 훨씬 우수한 능력을 나타냈다.

기능 통합

뇌졸중 후의 뇌 회로망을 시험하기 위해 연구팀은 줄기세포에 신경활동 표지자 라벨을 붙이고 쥐의 앞발에 기계적 진동을 주어 자극했다. 3K3A-APC 처치를 받은 쥐들의 손상 부위는 위약 처치를 받은 쥐들에 비해 많이 활성화되었고, 반응하는 시간도 손상을 받지 않은 쥐들에 근접했다. 연구팀은 이 결과가 인체줄기세포에서 자라난 뉴런들이 기능적으로 뇌의 주 신경회로에 통합됐다는 것을 보여준다고 말했다.

줄기세포 치료의 전망

지난 6월 미 스탠포드대 연구팀은 뇌졸중으로 운동기능과 감각기능이 손상된 환자 18명의 뇌에 구멍을 내고 성인의 골수에서 채취한 줄기세포를 주입하는 치료를 했다. 이 결과 걷는 기능을 회복하는 등 의미있는 결과를 얻었다. 스탠포드대 연구팀은 줄기세포가 뇌세포를 재생시키는 능력을 증진하는 생화학적 과정을 촉발시키는 것 같다고 말했다.

스탠포드대 연구팀이 주입한 줄기세포는 뇌세포로 전환되지는 않았으나 이번 USC 연구팀은 쥐에게 이식된 줄기세포를 자극해 뇌세포로 만드는 성과를 거뒀다.

즐로코빅 교수팀은 쥐 실험에서 성공적인 결과를 나타낸 복합 치료법이 인간 뇌졸중 환자에게서도 같은 효과를 나타내는지를 알기 위해 새로운 2상 임상시험을 준비하고 있다. 이 실험이 성공할 경우 연구팀은 척추손상과 같은 다른 신경학적 질환에도 같은 치료법을 적용해 볼 계획이다.

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