난치성 뇌질환 연구… 진화하는 치료기술

김상룡 경북대 교수팀, 파킨스병 메커니즘 규명
GIST 연구팀 '뇌 팬텀' 제작으로 치료성과 예측
과기융합연구 통해 질환 예방·치료법 개발 성큼
국내 연구진이 치매나 파킨슨병과 같은 난치성 뇌질환 치료를 앞당길 수 있는 과학 기술적 토대를 마련하고 있다.

김상룡 경북대학교 교수팀은 혈액 응고에 관여하는 단백질인 '프로트롬빈'의 한 부분에 의해 뇌의 염증과 신경세포 사멸이 유도돼 파킨슨병 등 노인성 뇌질환이 일어난다는 메커니즘을 규명했다고 14일 밝혔다.

파킨슨병은 인구 고령화로 인해 환자가 크게 늘고 있지만, 발병 원인이 확실히 밝혀지지 않아 치료제 개발에 어려움을 겪고 있다. 다만 최근 연구에서 뇌 안에 생긴 과도한 염증이 노인성 뇌질환의 주요 원인으로 지목되고 있어 이와 관련한 연구가 활발히 진행 중이다.

연구팀은 앞서 혈액 응고에 관여하는 프로트롬빈 단백질의 한 부분인 '프로트롬빈 크링글-2'가 면역에 관여하는 뇌세포인 '미세교세포(Microglia)'를 활성화 시켜 과도한 뇌염증을 유발하고, 그 결과 중뇌 흑질의 도파민 신경세포를 사멸시킨다는 사실을 규명했다. 이번 연구에서는 실제 파킨슨병을 앓은 환자의 사후 뇌 조직 흑질에서 프로트롬빈 크링글-2와 함께 병원체를 인식해 포식 세포가 병원체를 제거하고 염증 반응을 일으키도록 하는 '톨유사수용체4(TLR4)'가 유의하게 많이 발현되는 것을 처음으로 확인했다.

이는 프로트롬빈 크링글-2를 제어해 TLR4의 발현을 조절하면 파킨슨병의 예방과 치료에 도움을 줄 수 있음을 시사한다고 연구팀은 설명했다.

김 교수는 "노인성 뇌질환과 관련된 초기 뇌 염증 기전에 대한 신규 기초연구자료를 제공하는 것"이라며 "노인성 뇌질환 예방과 치료제 개발에 중요한 단초를 제공했다"고 말했다.

이와 함께 전기자극을 이용한 뇌 치료의 효과를 높일 수 있는 기술도 국내 연구진에 의해 개발됐다.

GIST 정보통신공학부 전성찬 교수와 의료시스템학과 정의헌 교수 연구팀은 사람 뇌의 구조적·전자기학적 특성을 모방한 컴퓨터 기반 뇌 모델의 정확도를 검증할 수 있는 '뇌 팬텀'을 제작했다고 밝혔다. 팬텀이란 특정 장기 또는 생명체의 기하학적 구조와 물질적 성질이 유사한 모형으로, 뇌 등 신체 부위와 관련해 다양한 실험의 검증에 사용된다.

뇌에 대한 전기자극은 뇌 질환을 치료하거나 증상을 완화할 수 있는 것으로 알려졌지만, 개별 질환에 대한 맞춤형 자극 방법은 아직 규명되지 않고 있다. 이를 극복하기 위해 컴퓨터 기반 뇌 모델로 전기 자극에 의한 반응을 분석하는 연구가 활발히 진행 중이다.

연구팀은 MRI(자기공명영상)를 이용해 뇌의 기하학적 구조를 해석한 뒤 3D 프린터로 뇌 구조를 반영한 틀을 만들었다. 여기에 실제 뇌 조직의 전기적 특성과 유사하도록 '아가로스'와 '염화나트륨'을 적정 비율로 혼합해 뇌 팬텀을 제작했다. 연구팀이 뇌 팬텀과 컴퓨터 기반 뇌 모델에서의 전기자극에 대한 양상을 비교한 결과, 약 10% 의 오차로 컴퓨터 기반 뇌 모델이 실제 전기 자극 양상을 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

전성찬 교수는 "이번 연구는 다양한 뇌 질환을 치료하는 데 활용되는 컴퓨터 기반 뇌 모델의 신뢰도를 검증하는 뇌 팬텀을 융합 연구를 통해 제작한 것"이라며 "뇌에 대한 전기 자극의 정확성을 높여 치매나 우울증 등 뇌 질환에 대한 효과적인 치료법 개발에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

남도영기자 namdo0@