아주대 의대 연구팀, 세계 최초 ‘파킨슨병 병리 재현하는 인간 뇌 어셈블로이드’ 개발

아주대학교 의대 약리학 교실 조중현 교수 연구팀. 좌측부터 조중현 교수, 신민경 연구강사. 사진=아주대학교

아주대 의대 교수팀이 파킨슨병 연구와 치료제 개발에 획기적인 전기를 마련할 세계 최초의 연구 플랫폼을 개발했다고 10일 밝혔다.

조중현 연구팀은 먼저 인간 전분화능 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSC)를 활용해 중뇌 오가노이드(중뇌 신경세포 기능을 모사한 3차원 뇌 모델)와 선조체 오가노이드(운동 조절과 학습에 중요한 선조체의 특성을 모사한 3차원 뇌 모델)를 각각 제작한 뒤 이를 융합했다.

이후 실제 인간 뇌의 신경회로를 정밀하게 재현한 '인간 중뇌-선조체 어셈블로이드(human striatal-midbrain assembloid; hSMA, 다종의 뇌오가노이드를 결합해 만든 융합 미니 뇌 모델)'를 확립했다.

이번 연구의 가장 큰 성과는 인간 뇌의 핵심 신경회로를 모사하는 데 성공했다는 점이다. 새롭게 개발된 hSMA는 중뇌와 선조체라는 두 뇌 부위가 서로 신호를 주고받는 과정을 그대로 구현했다.

특히 파킨슨병 발병과 밀접한 도파민 뉴런의 신호를 받는 GABA 뉴런이 실제 뇌와 유사하게 시냅스를 형성하고, 그 시냅스를 통해 전기생리적 신호가 정상적으로 전달되는 기능적 연결이 확인됐다.

또한 전사체 분석을 통해 hSMA에서 나타난 유전자 발현의 비정상적 변화가 실제 파킨슨병 환자 뇌에서 보고된 양상과 높은 유사성을 보인다는 사실도 확인됐다. 이는 본 모델이 단순한 형태적 재현을 넘어, 분자 수준에서의 병리 기전까지 반영하고 있음을 보여준다.

나아가 단백질 응집 억제제인 Anle138b와 자가포식 유도제인 rapamycin을 알파-시누클레인 과발현 hSMA에 적용한 결과, 병리적 알파-시누클레인의 축적이 뚜렷하게 감소하는 치료 효과가 확인됐다.

이를 통해 hSMA는 파킨슨병 병리를 재현하는 수준을 넘어, 신약 후보 물질의 효능 검증과 작용 기전 규명까지 동시에 수행할 수 있는 전임상 연구 플랫폼으로의 활용 가능성을 보였다. 이번 성과는 파킨슨병의 발병 기전 이해와 새로운 치료 전략 개발에 중요한 전환점을 마련한 것으로 평가받고 있다.

한편, 이번 연구 결과는 신경과학·신경학 분야의 세계적 권위 학술지인 Brain(IF=11.7)에 'A human striatal-midbrain assembloid model of alpha-synuclein propagation (알파-시누클레인 전파의 인간 중뇌-선조체 어셈블로이드 모델)'이라는 제목으로 2025년 9월호에 게재됐다.

이지윤 기자