"치매, '미니 뇌'로 실시간 추적"…알츠하이머 조기진단 길 열렸다[과학을읽다]

뇌척수액·PET 없이 비침습 분석…치료 '골든타임' 확보 기대

알츠하이머병의 진행 과정을 실시간으로 관찰해 조기 진단과 치료 시점을 앞당길 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

박희호 고려대학교 생명공학부 교수 연구팀은 권보미 세종대학교 교수, 유홍기 한국과학기술원 교수 연구팀과 공동으로 뇌 오가노이드를 활용한 비침습적 알츠하이머병 진단 플랫폼을 개발했다고 20일 밝혔다.

hiPSC를 기반으로 구축한 알츠하이머병 뇌 오가노이드 모델과 FLIM 분석 플랫폼의 전체 흐름을 시각화한 그림. 연구진 제공

알츠하이머병은 전 세계 5000만 명 이상이 앓고 있는 대표적인 신경퇴행성 질환으로, 증상이 나타나기 15~20년 전부터 뇌세포 손상이 시작된다. 하지만 현재는 뇌척수액 채취나 고가의 양전자방출단층촬영(PET) 등 부담이 큰 방식에 의존하고 있어 조기 진단에 한계가 있었다.

'미니 뇌'로 병 진행 실시간 분석

연구팀은 환자 유래 세포를 이용한 인간 유도만능줄기세포(hiPSC) 기반 뇌 오가노이드를 제작해 알츠하이머병을 재현했다. 오가노이드는 줄기세포를 배양해 실제 장기와 유사한 구조와 기능을 구현한 '미니 장기'다.

특히 가족성 알츠하이머병의 주요 원인 유전자인 PSEN1 변이의 발현 시점을 정밀 제어해 병의 핵심 병리 현상을 '미니 뇌'에서 구현하는 데 성공했다. 기존 세포·동물 모델이 인간 뇌의 복잡한 구조를 충분히 반영하지 못했던 한계를 보완한 것이다.

연구진 사진. 윗줄 왼쪽부터 박희호 고려대 생명공학부 교수, 권보미 세종대 기계항공우주공학부 교수, 유홍기 KAIST 기계공학과 교수(이상 교신저자). 아랫줄 왼쪽부터 강지현 고려대 석박사통합과정, 손보람 국민대 교수, 한정무 KAIST 박사후연구원(이상 제1저자). 고려대 제공

여기에 멀티모달 형광시상수 이미징(FLIM) 기술을 결합해 살아있는 뇌 조직의 대사 상태를 실시간으로 분석할 수 있는 3차원 프로파일링 플랫폼을 구축했다. 별도의 염색 없이도 세포 내 대사물질의 형광 신호를 분석해 질병을 구별하고 진행 양상을 추적할 수 있다.

이 기술을 통해 연구팀은 조직을 손상시키지 않는 비파괴적 방식으로 알츠하이머병을 구별하고, 병의 진행 과정을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.

박희호 교수는 "살아있는 인간 뇌 오가노이드에서 알츠하이머병의 대사 변화를 비침습적으로 추적할 수 있는 기술을 구현했다"며 "향후 후천성 알츠하이머까지 확장해 정밀 진단과 치료 전략 개발로 이어질 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 나노과학 분야 국제학술지 Nano Today(임팩트팩터 10.9) 지난달 11일자 온라인판에 게재됐다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr