줄기세포에서 도파민 신경세포만 분리.."파킨슨병 치료 효과 높여"

줄기세포에서 유래한 도파민 신경세포만 분리하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 파킨슨병 치료 길에 다가서게 됐다. 게티이미지뱅크

줄기세포에서 분화된 도파민 신경세포만 100% 순수하게 분리하는 방법이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이에 따라 100% 순수 분리된 도파민 신경세포를 뇌 속에 이식해 안전성ㆍ유효성을 높인 파킨슨병 세포 치료제 개발 길이 열리게 됐다.

김동욱 연세대 의대 생리학교실 교수ㆍ유정은 박사(제1 저자)와 황동연 차의과학대 의생명과학과 교수팀은 줄기세포에서 도파민 신경세포(dopaminergic neuron)를 100% 순수하게 분리 가능하게 만드는 ‘세포 표면 마커 유전자’를 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 ‘npj Parkinson’s Disease’ 온라인 판에 실렸다.

최근 줄기세포로 도파민 신경세포를 만들어 뇌 속에 넣어주는 세포 대체 치료 연구가 진행돼 왔다. 그러나 순수 도파민 신경세포가 아니면 이상 운동이나 세포 과다 증식 등의 부작용이 생길 수 있어 순수 도파민 신경세포 분리가 관건이었다.

파킨슨병은 중뇌(中腦ㆍmidbrain)에서 신경전달물질(도파민)을 분비하는 신경세포가 소실돼 생기는 질환이다. 현재 치료법은 근본적인 치료가 아닌 증상 완화가 목표다.

이에 따라 파킨슨병을 근본적으로 치료하는 방법으로 줄기세포에서 도파민 신경세포를 만들어 뇌 속에 넣어주는 세포 대체 치료(cell replacement therapy) 연구가 진행되고 있다.

의학계에서는 인간 배아줄기세포(ES cell) 혹은 역분화 줄기세포(iPS cell)에서 분화 과정을 거쳐 ‘중뇌 도파민 신경세포’를 만드는 연구를 진행 중이다.

문제는 분화 과정이 제대로 이뤄져도 100% 순수한 도파민 신경세포가 아닌 다른 세포들이 섞인다는 점이다. 이들 다른 세포를 몸에 이식하면 이상 운동ㆍ세포 과다 증식 등 부작용이 생길 우려가 높다.

이에 따라 의학계는 분화 후 순수한 도파민 신경세포만 분리할 수 있는 도파민 신경세포 표면 마커 유전자를 계속 찾아왔다.

이에 연구팀은 배아줄기세포에서 도파민 신경세포를 분화시킬 때 도파민 신경전구세포에서 LMX1A 유전자가 잘 발현하는 점에 착안했다.

LMX1A 유전자에 eGFP라는 형광 단백질 유전자를 붙여 도파민 신경전구세포만을 선별했다. 마이크로어레이법으로 형광 단백질 발현 세포에서 더 많이 나타나는 유전자 369개 중 세포 표면 마커 유전자 53개를 발견했다.

이들 세포를 여러 번 검증해 도파민 신경전구세포 특이적 세포 표면 마커 유전자인 TPBG(trophoblast glycoprotein)가 최종 발견됐다.

효능 확인을 위해 파킨슨병 동물 모델의 뇌에 TPBG로 분리한 세포를 이식하고 16주째 뇌 조직을 분석한 결과, 분리하지 않은 세포보다 도파민 신경세포의 밀집도가 2.5배 높게 나타났다.

파킨슨병 증상도 개선됐고, 세포 과다 증식과 종양 원인 세포가 32% 줄었고, 이식 부위 부피도 35% 줄어들었다.

김동욱 교수는 “이번 연구로 인간 배아줄기세포나 역분화 줄기세포로부터 중뇌 도파민 신경세포의 대량 생산이 가능해져 파킨슨병 세포 치료제의 대량 생산과 산업화가 쉬워질 것”이라고 했다.

김동욱(왼쪽) 교수와 황동연 교수

권대익 의학전문기자 dkwon@hankookilbo.com