KIST, 두 마리 토끼 잡은 알츠하이머병 신약물질 발굴 - 주요 발병기전인 베타아밀로이드(Aβ), 타우(tau) 단백질을 동시에 표적억제 - ‘Necrostatin-1’신약물질 생쥐 투여 후 인지기능 정상 수준으로 회복 - 치매DTC 융합연구단 및 대통령 Post-Doc 펠로우십 사업 수행 성과 알츠하이머병(알츠하이머성 치매)은 현대인의 10대 사망 원인 질환 중 유일하게 예방 및 치료 방법이 없는 질병으로 치매의 60~80%를 차지하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 현재까지 알려진 알츠하이머병의 주요 특징은 뇌 속에 존재하는 베타아밀로이드와 타우 단백질 이상 현상으로, 이들을 각각 표적하는 약물이 개발된 바 있으나 연이은 임상실패로 인해 학계와 산업계 전문가들은 베타아밀로이드와 타우, 두 개의 학파로 나뉘어 어떤 단백질을 조절해야 알츠하이머 치료가 가능한지 20년 넘게 치열한 논쟁을 벌이고 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 김영수, 양승훈 박사팀은 베타아밀로이드와 타우 단백질의 이상 현상을 동반 억제하는 신약 후보물질인 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)을 개발했다. 이 합성신약은 동시에 두 단백질을 직접 뇌에서 조절하고, 치매 증상을 정상 수준으로 회복시켜줄 수 있는 물질로, 국제적으로 처음 보고되는 치료방법이다. 알츠하이머병은 환자의 뇌에서 베타아밀로이드의 집적으로 인해 나타나는 신경반과 타우단백질의 과다인산화/집적으로 인해 나타나는 신경섬유다발의 형성이 주요 특징으로 관찰되고 있다. KIST 김영수 박사, 양승훈 박사팀은 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)이라는 신약 후보물질을 알츠하이머 생쥐에 투약하였을 때, 베타아밀로이드 단백질의 응집체가 뇌에서 현저하게 감소되며, 타우 단백질의 과다인산화 및 응집현상 역시 억제된다는 기능을 밝혀내었다. 알츠하이머병 주요 원인 단백질을 모두 표적 억제하기 때문에, 뇌세포 사멸을 억제시키고 인지기능이 개선되는 효능을 나타내었다. 연구진은 알츠하이머병 환자의 뇌세포가 점점 죽어가면서 뇌의 크기가 작아지고 인지능력도 줄어든다는 사실에 집중해 뇌세포자연사와 괴사를 모두 억제할 수 있는 약물(Necrostatin-1)을 연구 중이었다. 연구 중 Necrostatin-1 (네크로스타틴-원)이 베타아밀로이드 응집현상을 조절하며, 뿐만 아니라 타우단백질의 과다인산화 및 응집을 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 이 결과를 바탕으로 네크로스타틴-1을 알츠하이머병에 걸린 생쥐에게 3개월간 투여한 후 뇌기능의 변화를 관찰했고, 인지 능력을 관장하는 뇌의 해마와 대뇌피질 부위에 있는 베타아밀로이드 응집체 및 타우단백질 과다인산화가 모두 제거된 것을 발견했다. 생쥐의 기억력 검사인 행동시험(Y-maze, Passive avoidance)에서 약물이 투여된 알츠하이머 생쥐의 인지 기능이 정상 수준으로 회복된 것을 알 수 있었으며, 또한, 알츠하이머병이 진행되면 나타나는 뇌 신경세포의 사멸 및 뇌 구조의 파괴 등의 증상 역시 사라짐을 확인했다. 이번 연구결과는 베타아밀로이드 및 타우를 각각 별개로 억제시키는데 초점을 맞춘 기존의 치료제 개발방법과 차별된다. 개발된 네크로스타틴-1은 병의 증상과 함께 나타나는 뇌신경세포사멸 기전 조절을 통한 새로운 치료방법이며, 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 조절할 수 있는 획기적인 신약후보물질이다. 김영수 박사는 “이번 연구 성과는 국제적으로 오랜 논쟁의 대상인 ‘아밀로이드 vs 타우’ 가설의 종지부를 찍을 수 있는 새로운 치료전략을 제시했다는 것에 의미가 크다.”며, “본 연구의 결과를 토대로 알츠하이머병의 병리학적 원인 규명 및 근원적 치료제 개발 연구에 더욱 힘쓸 예정”이라고 말했다. 또한, 양승훈 박사는 “세포자연사(apoptosis)와 괴사(necrosis)가 합쳐진 개념인 네크롭토시스(necroptosis)가 뇌질환에 미치는 영향을 광범위하게 연구 중이다”라고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발된 신약물질을 의약품으로 허가될 수 있도록 전임상 및 임상 연구를 추진하고 있으며, 또한 알츠하이머병의 혈액 진단 시스템 개발 사업과 연계되어 알츠하이머병의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 연구도 진행 중이다. 본 연구는 국가과학기술연구회(NST, 이사장 이상천) 치매DTC융합연구단(단장:배애님 박사/KIST) 및 교육부(장관 이준식, 전담기관:한국연구재단) 대통령 Post-Doc 펠로우십 지원을 통해 수행되었다. 본 연구 결과는 세계적으로 권위있는 과학지인 ‘EMBO Molecular Medicine’(IF:9.5, JCR:5.6%)에 11월 17일자로 온라인 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (베타아밀로이드 응집), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과 병을 유발하는 좌측사진의 점으로 보이던 베타아밀로이드 응집체가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 2> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (타우 과다인산화), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과, 병을 유발하는 좌측 사진의 붉은 점의 타우단백질 과다인산화가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 3> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 (종합) 알츠하이머병의 원인 독성 단백질인 베타아밀로이드와 타우과다인산화를 완벽히 제거하고 인지 능력을 정상 수준으로 회복

KIST, 두 마리 토끼 잡은 알츠하이머병 신약물질 발굴 - 주요 발병기전인 베타아밀로이드(Aβ), 타우(tau) 단백질을 동시에 표적억제 - ‘Necrostatin-1’신약물질 생쥐 투여 후 인지기능 정상 수준으로 회복 - 치매DTC 융합연구단 및 대통령 Post-Doc 펠로우십 사업 수행 성과 알츠하이머병(알츠하이머성 치매)은 현대인의 10대 사망 원인 질환 중 유일하게 예방 및 치료 방법이 없는 질병으로 치매의 60~80%를 차지하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 현재까지 알려진 알츠하이머병의 주요 특징은 뇌 속에 존재하는 베타아밀로이드와 타우 단백질 이상 현상으로, 이들을 각각 표적하는 약물이 개발된 바 있으나 연이은 임상실패로 인해 학계와 산업계 전문가들은 베타아밀로이드와 타우, 두 개의 학파로 나뉘어 어떤 단백질을 조절해야 알츠하이머 치료가 가능한지 20년 넘게 치열한 논쟁을 벌이고 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 김영수, 양승훈 박사팀은 베타아밀로이드와 타우 단백질의 이상 현상을 동반 억제하는 신약 후보물질인 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)을 개발했다. 이 합성신약은 동시에 두 단백질을 직접 뇌에서 조절하고, 치매 증상을 정상 수준으로 회복시켜줄 수 있는 물질로, 국제적으로 처음 보고되는 치료방법이다. 알츠하이머병은 환자의 뇌에서 베타아밀로이드의 집적으로 인해 나타나는 신경반과 타우단백질의 과다인산화/집적으로 인해 나타나는 신경섬유다발의 형성이 주요 특징으로 관찰되고 있다. KIST 김영수 박사, 양승훈 박사팀은 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)이라는 신약 후보물질을 알츠하이머 생쥐에 투약하였을 때, 베타아밀로이드 단백질의 응집체가 뇌에서 현저하게 감소되며, 타우 단백질의 과다인산화 및 응집현상 역시 억제된다는 기능을 밝혀내었다. 알츠하이머병 주요 원인 단백질을 모두 표적 억제하기 때문에, 뇌세포 사멸을 억제시키고 인지기능이 개선되는 효능을 나타내었다. 연구진은 알츠하이머병 환자의 뇌세포가 점점 죽어가면서 뇌의 크기가 작아지고 인지능력도 줄어든다는 사실에 집중해 뇌세포자연사와 괴사를 모두 억제할 수 있는 약물(Necrostatin-1)을 연구 중이었다. 연구 중 Necrostatin-1 (네크로스타틴-원)이 베타아밀로이드 응집현상을 조절하며, 뿐만 아니라 타우단백질의 과다인산화 및 응집을 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 이 결과를 바탕으로 네크로스타틴-1을 알츠하이머병에 걸린 생쥐에게 3개월간 투여한 후 뇌기능의 변화를 관찰했고, 인지 능력을 관장하는 뇌의 해마와 대뇌피질 부위에 있는 베타아밀로이드 응집체 및 타우단백질 과다인산화가 모두 제거된 것을 발견했다. 생쥐의 기억력 검사인 행동시험(Y-maze, Passive avoidance)에서 약물이 투여된 알츠하이머 생쥐의 인지 기능이 정상 수준으로 회복된 것을 알 수 있었으며, 또한, 알츠하이머병이 진행되면 나타나는 뇌 신경세포의 사멸 및 뇌 구조의 파괴 등의 증상 역시 사라짐을 확인했다. 이번 연구결과는 베타아밀로이드 및 타우를 각각 별개로 억제시키는데 초점을 맞춘 기존의 치료제 개발방법과 차별된다. 개발된 네크로스타틴-1은 병의 증상과 함께 나타나는 뇌신경세포사멸 기전 조절을 통한 새로운 치료방법이며, 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 조절할 수 있는 획기적인 신약후보물질이다. 김영수 박사는 “이번 연구 성과는 국제적으로 오랜 논쟁의 대상인 ‘아밀로이드 vs 타우’ 가설의 종지부를 찍을 수 있는 새로운 치료전략을 제시했다는 것에 의미가 크다.”며, “본 연구의 결과를 토대로 알츠하이머병의 병리학적 원인 규명 및 근원적 치료제 개발 연구에 더욱 힘쓸 예정”이라고 말했다. 또한, 양승훈 박사는 “세포자연사(apoptosis)와 괴사(necrosis)가 합쳐진 개념인 네크롭토시스(necroptosis)가 뇌질환에 미치는 영향을 광범위하게 연구 중이다”라고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발된 신약물질을 의약품으로 허가될 수 있도록 전임상 및 임상 연구를 추진하고 있으며, 또한 알츠하이머병의 혈액 진단 시스템 개발 사업과 연계되어 알츠하이머병의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 연구도 진행 중이다. 본 연구는 국가과학기술연구회(NST, 이사장 이상천) 치매DTC융합연구단(단장:배애님 박사/KIST) 및 교육부(장관 이준식, 전담기관:한국연구재단) 대통령 Post-Doc 펠로우십 지원을 통해 수행되었다. 본 연구 결과는 세계적으로 권위있는 과학지인 ‘EMBO Molecular Medicine’(IF:9.5, JCR:5.6%)에 11월 17일자로 온라인 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (베타아밀로이드 응집), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과 병을 유발하는 좌측사진의 점으로 보이던 베타아밀로이드 응집체가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 2> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (타우 과다인산화), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과, 병을 유발하는 좌측 사진의 붉은 점의 타우단백질 과다인산화가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 3> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 (종합) 알츠하이머병의 원인 독성 단백질인 베타아밀로이드와 타우과다인산화를 완벽히 제거하고 인지 능력을 정상 수준으로 회복

KIST, 두 마리 토끼 잡은 알츠하이머병 신약물질 발굴 - 주요 발병기전인 베타아밀로이드(Aβ), 타우(tau) 단백질을 동시에 표적억제 - ‘Necrostatin-1’신약물질 생쥐 투여 후 인지기능 정상 수준으로 회복 - 치매DTC 융합연구단 및 대통령 Post-Doc 펠로우십 사업 수행 성과 알츠하이머병(알츠하이머성 치매)은 현대인의 10대 사망 원인 질환 중 유일하게 예방 및 치료 방법이 없는 질병으로 치매의 60~80%를 차지하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 현재까지 알려진 알츠하이머병의 주요 특징은 뇌 속에 존재하는 베타아밀로이드와 타우 단백질 이상 현상으로, 이들을 각각 표적하는 약물이 개발된 바 있으나 연이은 임상실패로 인해 학계와 산업계 전문가들은 베타아밀로이드와 타우, 두 개의 학파로 나뉘어 어떤 단백질을 조절해야 알츠하이머 치료가 가능한지 20년 넘게 치열한 논쟁을 벌이고 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 김영수, 양승훈 박사팀은 베타아밀로이드와 타우 단백질의 이상 현상을 동반 억제하는 신약 후보물질인 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)을 개발했다. 이 합성신약은 동시에 두 단백질을 직접 뇌에서 조절하고, 치매 증상을 정상 수준으로 회복시켜줄 수 있는 물질로, 국제적으로 처음 보고되는 치료방법이다. 알츠하이머병은 환자의 뇌에서 베타아밀로이드의 집적으로 인해 나타나는 신경반과 타우단백질의 과다인산화/집적으로 인해 나타나는 신경섬유다발의 형성이 주요 특징으로 관찰되고 있다. KIST 김영수 박사, 양승훈 박사팀은 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)이라는 신약 후보물질을 알츠하이머 생쥐에 투약하였을 때, 베타아밀로이드 단백질의 응집체가 뇌에서 현저하게 감소되며, 타우 단백질의 과다인산화 및 응집현상 역시 억제된다는 기능을 밝혀내었다. 알츠하이머병 주요 원인 단백질을 모두 표적 억제하기 때문에, 뇌세포 사멸을 억제시키고 인지기능이 개선되는 효능을 나타내었다. 연구진은 알츠하이머병 환자의 뇌세포가 점점 죽어가면서 뇌의 크기가 작아지고 인지능력도 줄어든다는 사실에 집중해 뇌세포자연사와 괴사를 모두 억제할 수 있는 약물(Necrostatin-1)을 연구 중이었다. 연구 중 Necrostatin-1 (네크로스타틴-원)이 베타아밀로이드 응집현상을 조절하며, 뿐만 아니라 타우단백질의 과다인산화 및 응집을 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 이 결과를 바탕으로 네크로스타틴-1을 알츠하이머병에 걸린 생쥐에게 3개월간 투여한 후 뇌기능의 변화를 관찰했고, 인지 능력을 관장하는 뇌의 해마와 대뇌피질 부위에 있는 베타아밀로이드 응집체 및 타우단백질 과다인산화가 모두 제거된 것을 발견했다. 생쥐의 기억력 검사인 행동시험(Y-maze, Passive avoidance)에서 약물이 투여된 알츠하이머 생쥐의 인지 기능이 정상 수준으로 회복된 것을 알 수 있었으며, 또한, 알츠하이머병이 진행되면 나타나는 뇌 신경세포의 사멸 및 뇌 구조의 파괴 등의 증상 역시 사라짐을 확인했다. 이번 연구결과는 베타아밀로이드 및 타우를 각각 별개로 억제시키는데 초점을 맞춘 기존의 치료제 개발방법과 차별된다. 개발된 네크로스타틴-1은 병의 증상과 함께 나타나는 뇌신경세포사멸 기전 조절을 통한 새로운 치료방법이며, 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 조절할 수 있는 획기적인 신약후보물질이다. 김영수 박사는 “이번 연구 성과는 국제적으로 오랜 논쟁의 대상인 ‘아밀로이드 vs 타우’ 가설의 종지부를 찍을 수 있는 새로운 치료전략을 제시했다는 것에 의미가 크다.”며, “본 연구의 결과를 토대로 알츠하이머병의 병리학적 원인 규명 및 근원적 치료제 개발 연구에 더욱 힘쓸 예정”이라고 말했다. 또한, 양승훈 박사는 “세포자연사(apoptosis)와 괴사(necrosis)가 합쳐진 개념인 네크롭토시스(necroptosis)가 뇌질환에 미치는 영향을 광범위하게 연구 중이다”라고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발된 신약물질을 의약품으로 허가될 수 있도록 전임상 및 임상 연구를 추진하고 있으며, 또한 알츠하이머병의 혈액 진단 시스템 개발 사업과 연계되어 알츠하이머병의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 연구도 진행 중이다. 본 연구는 국가과학기술연구회(NST, 이사장 이상천) 치매DTC융합연구단(단장:배애님 박사/KIST) 및 교육부(장관 이준식, 전담기관:한국연구재단) 대통령 Post-Doc 펠로우십 지원을 통해 수행되었다. 본 연구 결과는 세계적으로 권위있는 과학지인 ‘EMBO Molecular Medicine’(IF:9.5, JCR:5.6%)에 11월 17일자로 온라인 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (베타아밀로이드 응집), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과 병을 유발하는 좌측사진의 점으로 보이던 베타아밀로이드 응집체가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 2> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (타우 과다인산화), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과, 병을 유발하는 좌측 사진의 붉은 점의 타우단백질 과다인산화가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 3> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 (종합) 알츠하이머병의 원인 독성 단백질인 베타아밀로이드와 타우과다인산화를 완벽히 제거하고 인지 능력을 정상 수준으로 회복

KIST, 두 마리 토끼 잡은 알츠하이머병 신약물질 발굴 - 주요 발병기전인 베타아밀로이드(Aβ), 타우(tau) 단백질을 동시에 표적억제 - ‘Necrostatin-1’신약물질 생쥐 투여 후 인지기능 정상 수준으로 회복 - 치매DTC 융합연구단 및 대통령 Post-Doc 펠로우십 사업 수행 성과 알츠하이머병(알츠하이머성 치매)은 현대인의 10대 사망 원인 질환 중 유일하게 예방 및 치료 방법이 없는 질병으로 치매의 60~80%를 차지하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 현재까지 알려진 알츠하이머병의 주요 특징은 뇌 속에 존재하는 베타아밀로이드와 타우 단백질 이상 현상으로, 이들을 각각 표적하는 약물이 개발된 바 있으나 연이은 임상실패로 인해 학계와 산업계 전문가들은 베타아밀로이드와 타우, 두 개의 학파로 나뉘어 어떤 단백질을 조절해야 알츠하이머 치료가 가능한지 20년 넘게 치열한 논쟁을 벌이고 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 김영수, 양승훈 박사팀은 베타아밀로이드와 타우 단백질의 이상 현상을 동반 억제하는 신약 후보물질인 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)을 개발했다. 이 합성신약은 동시에 두 단백질을 직접 뇌에서 조절하고, 치매 증상을 정상 수준으로 회복시켜줄 수 있는 물질로, 국제적으로 처음 보고되는 치료방법이다. 알츠하이머병은 환자의 뇌에서 베타아밀로이드의 집적으로 인해 나타나는 신경반과 타우단백질의 과다인산화/집적으로 인해 나타나는 신경섬유다발의 형성이 주요 특징으로 관찰되고 있다. KIST 김영수 박사, 양승훈 박사팀은 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)이라는 신약 후보물질을 알츠하이머 생쥐에 투약하였을 때, 베타아밀로이드 단백질의 응집체가 뇌에서 현저하게 감소되며, 타우 단백질의 과다인산화 및 응집현상 역시 억제된다는 기능을 밝혀내었다. 알츠하이머병 주요 원인 단백질을 모두 표적 억제하기 때문에, 뇌세포 사멸을 억제시키고 인지기능이 개선되는 효능을 나타내었다. 연구진은 알츠하이머병 환자의 뇌세포가 점점 죽어가면서 뇌의 크기가 작아지고 인지능력도 줄어든다는 사실에 집중해 뇌세포자연사와 괴사를 모두 억제할 수 있는 약물(Necrostatin-1)을 연구 중이었다. 연구 중 Necrostatin-1 (네크로스타틴-원)이 베타아밀로이드 응집현상을 조절하며, 뿐만 아니라 타우단백질의 과다인산화 및 응집을 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 이 결과를 바탕으로 네크로스타틴-1을 알츠하이머병에 걸린 생쥐에게 3개월간 투여한 후 뇌기능의 변화를 관찰했고, 인지 능력을 관장하는 뇌의 해마와 대뇌피질 부위에 있는 베타아밀로이드 응집체 및 타우단백질 과다인산화가 모두 제거된 것을 발견했다. 생쥐의 기억력 검사인 행동시험(Y-maze, Passive avoidance)에서 약물이 투여된 알츠하이머 생쥐의 인지 기능이 정상 수준으로 회복된 것을 알 수 있었으며, 또한, 알츠하이머병이 진행되면 나타나는 뇌 신경세포의 사멸 및 뇌 구조의 파괴 등의 증상 역시 사라짐을 확인했다. 이번 연구결과는 베타아밀로이드 및 타우를 각각 별개로 억제시키는데 초점을 맞춘 기존의 치료제 개발방법과 차별된다. 개발된 네크로스타틴-1은 병의 증상과 함께 나타나는 뇌신경세포사멸 기전 조절을 통한 새로운 치료방법이며, 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 조절할 수 있는 획기적인 신약후보물질이다. 김영수 박사는 “이번 연구 성과는 국제적으로 오랜 논쟁의 대상인 ‘아밀로이드 vs 타우’ 가설의 종지부를 찍을 수 있는 새로운 치료전략을 제시했다는 것에 의미가 크다.”며, “본 연구의 결과를 토대로 알츠하이머병의 병리학적 원인 규명 및 근원적 치료제 개발 연구에 더욱 힘쓸 예정”이라고 말했다. 또한, 양승훈 박사는 “세포자연사(apoptosis)와 괴사(necrosis)가 합쳐진 개념인 네크롭토시스(necroptosis)가 뇌질환에 미치는 영향을 광범위하게 연구 중이다”라고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발된 신약물질을 의약품으로 허가될 수 있도록 전임상 및 임상 연구를 추진하고 있으며, 또한 알츠하이머병의 혈액 진단 시스템 개발 사업과 연계되어 알츠하이머병의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 연구도 진행 중이다. 본 연구는 국가과학기술연구회(NST, 이사장 이상천) 치매DTC융합연구단(단장:배애님 박사/KIST) 및 교육부(장관 이준식, 전담기관:한국연구재단) 대통령 Post-Doc 펠로우십 지원을 통해 수행되었다. 본 연구 결과는 세계적으로 권위있는 과학지인 ‘EMBO Molecular Medicine’(IF:9.5, JCR:5.6%)에 11월 17일자로 온라인 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (베타아밀로이드 응집), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과 병을 유발하는 좌측사진의 점으로 보이던 베타아밀로이드 응집체가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 2> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (타우 과다인산화), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과, 병을 유발하는 좌측 사진의 붉은 점의 타우단백질 과다인산화가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 3> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 (종합) 알츠하이머병의 원인 독성 단백질인 베타아밀로이드와 타우과다인산화를 완벽히 제거하고 인지 능력을 정상 수준으로 회복

KIST, 두 마리 토끼 잡은 알츠하이머병 신약물질 발굴 - 주요 발병기전인 베타아밀로이드(Aβ), 타우(tau) 단백질을 동시에 표적억제 - ‘Necrostatin-1’신약물질 생쥐 투여 후 인지기능 정상 수준으로 회복 - 치매DTC 융합연구단 및 대통령 Post-Doc 펠로우십 사업 수행 성과 알츠하이머병(알츠하이머성 치매)은 현대인의 10대 사망 원인 질환 중 유일하게 예방 및 치료 방법이 없는 질병으로 치매의 60~80%를 차지하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 현재까지 알려진 알츠하이머병의 주요 특징은 뇌 속에 존재하는 베타아밀로이드와 타우 단백질 이상 현상으로, 이들을 각각 표적하는 약물이 개발된 바 있으나 연이은 임상실패로 인해 학계와 산업계 전문가들은 베타아밀로이드와 타우, 두 개의 학파로 나뉘어 어떤 단백질을 조절해야 알츠하이머 치료가 가능한지 20년 넘게 치열한 논쟁을 벌이고 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 김영수, 양승훈 박사팀은 베타아밀로이드와 타우 단백질의 이상 현상을 동반 억제하는 신약 후보물질인 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)을 개발했다. 이 합성신약은 동시에 두 단백질을 직접 뇌에서 조절하고, 치매 증상을 정상 수준으로 회복시켜줄 수 있는 물질로, 국제적으로 처음 보고되는 치료방법이다. 알츠하이머병은 환자의 뇌에서 베타아밀로이드의 집적으로 인해 나타나는 신경반과 타우단백질의 과다인산화/집적으로 인해 나타나는 신경섬유다발의 형성이 주요 특징으로 관찰되고 있다. KIST 김영수 박사, 양승훈 박사팀은 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)이라는 신약 후보물질을 알츠하이머 생쥐에 투약하였을 때, 베타아밀로이드 단백질의 응집체가 뇌에서 현저하게 감소되며, 타우 단백질의 과다인산화 및 응집현상 역시 억제된다는 기능을 밝혀내었다. 알츠하이머병 주요 원인 단백질을 모두 표적 억제하기 때문에, 뇌세포 사멸을 억제시키고 인지기능이 개선되는 효능을 나타내었다. 연구진은 알츠하이머병 환자의 뇌세포가 점점 죽어가면서 뇌의 크기가 작아지고 인지능력도 줄어든다는 사실에 집중해 뇌세포자연사와 괴사를 모두 억제할 수 있는 약물(Necrostatin-1)을 연구 중이었다. 연구 중 Necrostatin-1 (네크로스타틴-원)이 베타아밀로이드 응집현상을 조절하며, 뿐만 아니라 타우단백질의 과다인산화 및 응집을 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 이 결과를 바탕으로 네크로스타틴-1을 알츠하이머병에 걸린 생쥐에게 3개월간 투여한 후 뇌기능의 변화를 관찰했고, 인지 능력을 관장하는 뇌의 해마와 대뇌피질 부위에 있는 베타아밀로이드 응집체 및 타우단백질 과다인산화가 모두 제거된 것을 발견했다. 생쥐의 기억력 검사인 행동시험(Y-maze, Passive avoidance)에서 약물이 투여된 알츠하이머 생쥐의 인지 기능이 정상 수준으로 회복된 것을 알 수 있었으며, 또한, 알츠하이머병이 진행되면 나타나는 뇌 신경세포의 사멸 및 뇌 구조의 파괴 등의 증상 역시 사라짐을 확인했다. 이번 연구결과는 베타아밀로이드 및 타우를 각각 별개로 억제시키는데 초점을 맞춘 기존의 치료제 개발방법과 차별된다. 개발된 네크로스타틴-1은 병의 증상과 함께 나타나는 뇌신경세포사멸 기전 조절을 통한 새로운 치료방법이며, 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 조절할 수 있는 획기적인 신약후보물질이다. 김영수 박사는 “이번 연구 성과는 국제적으로 오랜 논쟁의 대상인 ‘아밀로이드 vs 타우’ 가설의 종지부를 찍을 수 있는 새로운 치료전략을 제시했다는 것에 의미가 크다.”며, “본 연구의 결과를 토대로 알츠하이머병의 병리학적 원인 규명 및 근원적 치료제 개발 연구에 더욱 힘쓸 예정”이라고 말했다. 또한, 양승훈 박사는 “세포자연사(apoptosis)와 괴사(necrosis)가 합쳐진 개념인 네크롭토시스(necroptosis)가 뇌질환에 미치는 영향을 광범위하게 연구 중이다”라고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발된 신약물질을 의약품으로 허가될 수 있도록 전임상 및 임상 연구를 추진하고 있으며, 또한 알츠하이머병의 혈액 진단 시스템 개발 사업과 연계되어 알츠하이머병의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 연구도 진행 중이다. 본 연구는 국가과학기술연구회(NST, 이사장 이상천) 치매DTC융합연구단(단장:배애님 박사/KIST) 및 교육부(장관 이준식, 전담기관:한국연구재단) 대통령 Post-Doc 펠로우십 지원을 통해 수행되었다. 본 연구 결과는 세계적으로 권위있는 과학지인 ‘EMBO Molecular Medicine’(IF:9.5, JCR:5.6%)에 11월 17일자로 온라인 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (베타아밀로이드 응집), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과 병을 유발하는 좌측사진의 점으로 보이던 베타아밀로이드 응집체가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 2> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (타우 과다인산화), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과, 병을 유발하는 좌측 사진의 붉은 점의 타우단백질 과다인산화가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 3> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 (종합) 알츠하이머병의 원인 독성 단백질인 베타아밀로이드와 타우과다인산화를 완벽히 제거하고 인지 능력을 정상 수준으로 회복

KIST, 두 마리 토끼 잡은 알츠하이머병 신약물질 발굴 - 주요 발병기전인 베타아밀로이드(Aβ), 타우(tau) 단백질을 동시에 표적억제 - ‘Necrostatin-1’신약물질 생쥐 투여 후 인지기능 정상 수준으로 회복 - 치매DTC 융합연구단 및 대통령 Post-Doc 펠로우십 사업 수행 성과 알츠하이머병(알츠하이머성 치매)은 현대인의 10대 사망 원인 질환 중 유일하게 예방 및 치료 방법이 없는 질병으로 치매의 60~80%를 차지하는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환이다. 현재까지 알려진 알츠하이머병의 주요 특징은 뇌 속에 존재하는 베타아밀로이드와 타우 단백질 이상 현상으로, 이들을 각각 표적하는 약물이 개발된 바 있으나 연이은 임상실패로 인해 학계와 산업계 전문가들은 베타아밀로이드와 타우, 두 개의 학파로 나뉘어 어떤 단백질을 조절해야 알츠하이머 치료가 가능한지 20년 넘게 치열한 논쟁을 벌이고 있었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 김영수, 양승훈 박사팀은 베타아밀로이드와 타우 단백질의 이상 현상을 동반 억제하는 신약 후보물질인 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)을 개발했다. 이 합성신약은 동시에 두 단백질을 직접 뇌에서 조절하고, 치매 증상을 정상 수준으로 회복시켜줄 수 있는 물질로, 국제적으로 처음 보고되는 치료방법이다. 알츠하이머병은 환자의 뇌에서 베타아밀로이드의 집적으로 인해 나타나는 신경반과 타우단백질의 과다인산화/집적으로 인해 나타나는 신경섬유다발의 형성이 주요 특징으로 관찰되고 있다. KIST 김영수 박사, 양승훈 박사팀은 Necrostatin-1(네크로스타틴-원)이라는 신약 후보물질을 알츠하이머 생쥐에 투약하였을 때, 베타아밀로이드 단백질의 응집체가 뇌에서 현저하게 감소되며, 타우 단백질의 과다인산화 및 응집현상 역시 억제된다는 기능을 밝혀내었다. 알츠하이머병 주요 원인 단백질을 모두 표적 억제하기 때문에, 뇌세포 사멸을 억제시키고 인지기능이 개선되는 효능을 나타내었다. 연구진은 알츠하이머병 환자의 뇌세포가 점점 죽어가면서 뇌의 크기가 작아지고 인지능력도 줄어든다는 사실에 집중해 뇌세포자연사와 괴사를 모두 억제할 수 있는 약물(Necrostatin-1)을 연구 중이었다. 연구 중 Necrostatin-1 (네크로스타틴-원)이 베타아밀로이드 응집현상을 조절하며, 뿐만 아니라 타우단백질의 과다인산화 및 응집을 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 연구진은 이 결과를 바탕으로 네크로스타틴-1을 알츠하이머병에 걸린 생쥐에게 3개월간 투여한 후 뇌기능의 변화를 관찰했고, 인지 능력을 관장하는 뇌의 해마와 대뇌피질 부위에 있는 베타아밀로이드 응집체 및 타우단백질 과다인산화가 모두 제거된 것을 발견했다. 생쥐의 기억력 검사인 행동시험(Y-maze, Passive avoidance)에서 약물이 투여된 알츠하이머 생쥐의 인지 기능이 정상 수준으로 회복된 것을 알 수 있었으며, 또한, 알츠하이머병이 진행되면 나타나는 뇌 신경세포의 사멸 및 뇌 구조의 파괴 등의 증상 역시 사라짐을 확인했다. 이번 연구결과는 베타아밀로이드 및 타우를 각각 별개로 억제시키는데 초점을 맞춘 기존의 치료제 개발방법과 차별된다. 개발된 네크로스타틴-1은 병의 증상과 함께 나타나는 뇌신경세포사멸 기전 조절을 통한 새로운 치료방법이며, 베타아밀로이드와 타우 단백질을 동시에 조절할 수 있는 획기적인 신약후보물질이다. 김영수 박사는 “이번 연구 성과는 국제적으로 오랜 논쟁의 대상인 ‘아밀로이드 vs 타우’ 가설의 종지부를 찍을 수 있는 새로운 치료전략을 제시했다는 것에 의미가 크다.”며, “본 연구의 결과를 토대로 알츠하이머병의 병리학적 원인 규명 및 근원적 치료제 개발 연구에 더욱 힘쓸 예정”이라고 말했다. 또한, 양승훈 박사는 “세포자연사(apoptosis)와 괴사(necrosis)가 합쳐진 개념인 네크롭토시스(necroptosis)가 뇌질환에 미치는 영향을 광범위하게 연구 중이다”라고 밝혔다. 연구진은 이번에 개발된 신약물질을 의약품으로 허가될 수 있도록 전임상 및 임상 연구를 추진하고 있으며, 또한 알츠하이머병의 혈액 진단 시스템 개발 사업과 연계되어 알츠하이머병의 진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 연구도 진행 중이다. 본 연구는 국가과학기술연구회(NST, 이사장 이상천) 치매DTC융합연구단(단장:배애님 박사/KIST) 및 교육부(장관 이준식, 전담기관:한국연구재단) 대통령 Post-Doc 펠로우십 지원을 통해 수행되었다. 본 연구 결과는 세계적으로 권위있는 과학지인 ‘EMBO Molecular Medicine’(IF:9.5, JCR:5.6%)에 11월 17일자로 온라인 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (베타아밀로이드 응집), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과 병을 유발하는 좌측사진의 점으로 보이던 베타아밀로이드 응집체가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 2> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 효과 (타우 과다인산화), 치매 생쥐 뇌(좌), 약물 투약 후 치매 생쥐 뇌(우) 알츠하이머병이 유발된 생쥐 모델에 네크로스타틴-1을 투여한 결과, 병을 유발하는 좌측 사진의 붉은 점의 타우단백질 과다인산화가 뇌에서 모두 사라졌음. <그림 3> 신약후보물질의 알츠하이머병 치료 (종합) 알츠하이머병의 원인 독성 단백질인 베타아밀로이드와 타우과다인산화를 완벽히 제거하고 인지 능력을 정상 수준으로 회복

- 한·러 간 나노기술 분야 연구협력을 통한 시너지 효과 기대 우리원 금동화 원장은 6월 23~24일 이틀 동안 러시아 모스크바국립대학에서 『제2회 한·러 나노분야 국제공동세미나』를 개최했다. 이번 세미나에서는 한국과 러시아 간 나노기술 분야의 최근 성과를 바탕으로 협력분야를 더욱 심화·확대 구체화하였다. KIST는 한국의 발달된 나노공정 기술이 러시아의 우수한 기초과학과 나노기술 개발에 대한 의지를 결합할 경우 높은 시너지 효과를 얻을 수 있을 것으로 평가하고 있다.

- 유전자 조작 쥐 실험 통해 망막 변성 진행에 따른 신경 신호 변화 확인 - 인공 망막 장치 이식 대상자 선정에 대한 가이드라인 제시 기대 국내 연구진이 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 실마리를 찾았다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 하버드 의대 Shelley Fried 교수팀과의 공동 연구를 통해 망막 질환의 진행 정도에 따른 인공 시각 신경 신호 변화 패턴을 확인했다고 밝혔다. 망막 색소 변성 및 노인성 황반 변성 등의 망막 변성 질환은 빛을 전기화학적 신경 신호로 변환해주는 광수용체 세포들을 파괴하여 시력을 잃게 되는 질병이다. 해당 질병들은 치료 약물이 존재하지 않고, 구조가 상대적으로 간단한 각막이나 수정체와 달리 복잡한 신경 조직인 망막은 이식이나 교체가 불가능하다. 다행히 광수용체 세포 뒷단에서 뇌로 신경 신호를 전달하는 신경절 세포들은 살아남기 때문에, 안구 내에 마이크로 전극을 이식하여 전기적으로 자극하면 인공 시각을 형성할 수 있다. 이러한 원리로 동작하는 인공 망막 장치는 망막 변성 질환으로 실명한 환자들의 유일한 시력 회복 방법이다. 하지만, 이식받은 환자마다 큰 성능 차이를 보이는데 그 원인을 알지 못해 일반적으로 적용하기 어려운 상황이다. KIST 연구진은 사람의 망막 색소 변성과 비슷한 양상으로 실명하게 된 유전자 조작 실험용 쥐에서 인공 망막 사용자 간의 성능 차이를 설명할 수 있는 실험결과를 얻었다. 지금까지는 정상 망막이나 심하게 질병이 진행된 망막에서 연구가 이루어져 왔으나, 연구진은 질병이 진행되는 과정에서 인공 시각 신경 신호 변화를 확인할 수 있도록 체계적인 실험을 수행했다. 그 결과, 망막 변성이 진행됨에 따라 전기 자극에 대한 신경 신호의 크기와 일관성이 감소하는 것을 확인하였다. 인공 망막 장치는 반복적인 전기 자극으로 인공 시각 이미지를 주기적으로 갱신한다. 이 때문에 일관된 신경 신호를 받는 것이 중요하다. 예를 들어, 사용자가 알파벳 ‘K’를 계속 응시하는 동안에는 반복되는 전기 자극들이 모두 ‘K’를 의미하는 신경 신호를 형성해야 해당 글자를 인지할 수 있다. 그러나, 변성 망막에서 일관성이 낮아지게 되면, ‘K’를 바라보고 있는데도 각각의 전기 자극이 ‘L’, ‘R’, ‘S’ 등 서로 다른 알파벳을 나타내는 신경 신호를 뇌로 전달하여 무엇을 보고 있는지 해석하기 어렵게 되는 것이다. KIST 연구진의 실험에서는 각 신경 세포에 동일한 전기 자극을 여러 번 반복했을 때 발생하는 신경 신호가 서로 얼마나 비슷한지 평가하였는데, 정상 망막에서는 신경 신호가 매우 비슷하여 높은 일관성을 보였으나 망막 변성이 진행됨에 따라 일관성이 크게 감소하는 것이 확인되었다. 제 1저자인 윤영준 박사와 이재익 박사는 “변성된 망막에서는 시선을 고정하고 있더라도 계속 서로 다른 신경 신호가 뇌로 전달되어 전기 자극으로 만들어진 인공 시각 정보 인지를 저하시키는 원인이 되는 것으로 보인다.”라고 밝혔다. KIST 임매순 박사는 “망막 변성 질환들은 환자에 따라 그 질병의 경과가 다른 것으로 알려져 있고, 인공 망막 장치를 이식받을 대상의 망막 상태도 매우 다를 수 있다. 따라서, 좋은 품질의 인공 시각을 위해서는 망막 변성 진행 정도를 면밀히 검토하여 인공 망막 장치 이식 대상 및 시기를 결정해야 한다는 것을 의미한다.”라며, “변성이 많이 진행된 망막에서도 우수한 인공 시각을 형성하기 위해 신경 신호 일관성을 높이기 위한 연구를 다방면으로 진행하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 신진연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 ‘IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering’ 최신호에 게재되었다. * (논문명) Retinal Degeneration Reduces Consistency of Network-mediated Responses Arising in Ganglion Cells to Electric Stimulation - (제 1저자) 한국과학기술연구원 윤영준 위촉연구원 - (제 1저자) 하버드 의대 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (위) 인공 망막 장치 이식 및 인공 시각 신경 신호에 의한 뇌 시각 피질의 활성화 개념도 (중간) 정상 망막은 반복적인 전기 자극에 대해 비슷한 신경 신호를 뇌로 전달하여 시각 정보(예시-KIST 글씨)를 사용자가 정확하게 인지할 수 있음. (아래) 변성 망막에서는 동일 전기 자극에도 서로 다른 신경 신호가 뇌로 전달되어 시각 정보를 정확하게 인지하지 못함. [그림 2] 망막 변성 질환 진행 정도에 따른 신경 신호 일관성 실험 결과. 동일 전기 자극을 7번 반복적으로 인가하고 각각이 형성한 신경 신호가 서로 비슷한 정도(Inter-trial correlation)를 STTC(Spike Time Tiling Coefficient) 값을 계산하여 비교 분석함. 위 그래프에서는 붉은색이 많을수록 일관성이 높고, 알록달록해질수록 일관성이 낮아짐을 나타냄. 아래 그래프에서는 STTC 값이 작아질수록 일관성이 낮아짐을 의미. 두 그래프 모두에서 정상 쥐의 망막(wt, wild-type)과 망막 변성 쥐의 질병 시작 전(P15, 생후 15일)에는 높은 신경 신호 일관성을 보이나, 망막 변성 쥐가 나이 들어감에 따라 (질병이 진행됨에 따라) 일관성이 크게 낮아지는 것이 확인됨.

- 유전자 조작 쥐 실험 통해 망막 변성 진행에 따른 신경 신호 변화 확인 - 인공 망막 장치 이식 대상자 선정에 대한 가이드라인 제시 기대 국내 연구진이 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 실마리를 찾았다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 하버드 의대 Shelley Fried 교수팀과의 공동 연구를 통해 망막 질환의 진행 정도에 따른 인공 시각 신경 신호 변화 패턴을 확인했다고 밝혔다. 망막 색소 변성 및 노인성 황반 변성 등의 망막 변성 질환은 빛을 전기화학적 신경 신호로 변환해주는 광수용체 세포들을 파괴하여 시력을 잃게 되는 질병이다. 해당 질병들은 치료 약물이 존재하지 않고, 구조가 상대적으로 간단한 각막이나 수정체와 달리 복잡한 신경 조직인 망막은 이식이나 교체가 불가능하다. 다행히 광수용체 세포 뒷단에서 뇌로 신경 신호를 전달하는 신경절 세포들은 살아남기 때문에, 안구 내에 마이크로 전극을 이식하여 전기적으로 자극하면 인공 시각을 형성할 수 있다. 이러한 원리로 동작하는 인공 망막 장치는 망막 변성 질환으로 실명한 환자들의 유일한 시력 회복 방법이다. 하지만, 이식받은 환자마다 큰 성능 차이를 보이는데 그 원인을 알지 못해 일반적으로 적용하기 어려운 상황이다. KIST 연구진은 사람의 망막 색소 변성과 비슷한 양상으로 실명하게 된 유전자 조작 실험용 쥐에서 인공 망막 사용자 간의 성능 차이를 설명할 수 있는 실험결과를 얻었다. 지금까지는 정상 망막이나 심하게 질병이 진행된 망막에서 연구가 이루어져 왔으나, 연구진은 질병이 진행되는 과정에서 인공 시각 신경 신호 변화를 확인할 수 있도록 체계적인 실험을 수행했다. 그 결과, 망막 변성이 진행됨에 따라 전기 자극에 대한 신경 신호의 크기와 일관성이 감소하는 것을 확인하였다. 인공 망막 장치는 반복적인 전기 자극으로 인공 시각 이미지를 주기적으로 갱신한다. 이 때문에 일관된 신경 신호를 받는 것이 중요하다. 예를 들어, 사용자가 알파벳 ‘K’를 계속 응시하는 동안에는 반복되는 전기 자극들이 모두 ‘K’를 의미하는 신경 신호를 형성해야 해당 글자를 인지할 수 있다. 그러나, 변성 망막에서 일관성이 낮아지게 되면, ‘K’를 바라보고 있는데도 각각의 전기 자극이 ‘L’, ‘R’, ‘S’ 등 서로 다른 알파벳을 나타내는 신경 신호를 뇌로 전달하여 무엇을 보고 있는지 해석하기 어렵게 되는 것이다. KIST 연구진의 실험에서는 각 신경 세포에 동일한 전기 자극을 여러 번 반복했을 때 발생하는 신경 신호가 서로 얼마나 비슷한지 평가하였는데, 정상 망막에서는 신경 신호가 매우 비슷하여 높은 일관성을 보였으나 망막 변성이 진행됨에 따라 일관성이 크게 감소하는 것이 확인되었다. 제 1저자인 윤영준 박사와 이재익 박사는 “변성된 망막에서는 시선을 고정하고 있더라도 계속 서로 다른 신경 신호가 뇌로 전달되어 전기 자극으로 만들어진 인공 시각 정보 인지를 저하시키는 원인이 되는 것으로 보인다.”라고 밝혔다. KIST 임매순 박사는 “망막 변성 질환들은 환자에 따라 그 질병의 경과가 다른 것으로 알려져 있고, 인공 망막 장치를 이식받을 대상의 망막 상태도 매우 다를 수 있다. 따라서, 좋은 품질의 인공 시각을 위해서는 망막 변성 진행 정도를 면밀히 검토하여 인공 망막 장치 이식 대상 및 시기를 결정해야 한다는 것을 의미한다.”라며, “변성이 많이 진행된 망막에서도 우수한 인공 시각을 형성하기 위해 신경 신호 일관성을 높이기 위한 연구를 다방면으로 진행하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 신진연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 ‘IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering’ 최신호에 게재되었다. * (논문명) Retinal Degeneration Reduces Consistency of Network-mediated Responses Arising in Ganglion Cells to Electric Stimulation - (제 1저자) 한국과학기술연구원 윤영준 위촉연구원 - (제 1저자) 하버드 의대 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (위) 인공 망막 장치 이식 및 인공 시각 신경 신호에 의한 뇌 시각 피질의 활성화 개념도 (중간) 정상 망막은 반복적인 전기 자극에 대해 비슷한 신경 신호를 뇌로 전달하여 시각 정보(예시-KIST 글씨)를 사용자가 정확하게 인지할 수 있음. (아래) 변성 망막에서는 동일 전기 자극에도 서로 다른 신경 신호가 뇌로 전달되어 시각 정보를 정확하게 인지하지 못함. [그림 2] 망막 변성 질환 진행 정도에 따른 신경 신호 일관성 실험 결과. 동일 전기 자극을 7번 반복적으로 인가하고 각각이 형성한 신경 신호가 서로 비슷한 정도(Inter-trial correlation)를 STTC(Spike Time Tiling Coefficient) 값을 계산하여 비교 분석함. 위 그래프에서는 붉은색이 많을수록 일관성이 높고, 알록달록해질수록 일관성이 낮아짐을 나타냄. 아래 그래프에서는 STTC 값이 작아질수록 일관성이 낮아짐을 의미. 두 그래프 모두에서 정상 쥐의 망막(wt, wild-type)과 망막 변성 쥐의 질병 시작 전(P15, 생후 15일)에는 높은 신경 신호 일관성을 보이나, 망막 변성 쥐가 나이 들어감에 따라 (질병이 진행됨에 따라) 일관성이 크게 낮아지는 것이 확인됨.

- 유전자 조작 쥐 실험 통해 망막 변성 진행에 따른 신경 신호 변화 확인 - 인공 망막 장치 이식 대상자 선정에 대한 가이드라인 제시 기대 국내 연구진이 인공 망막 장치의 성능을 향상시킬 실마리를 찾았다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진) 바이오마이크로시스템연구단 임매순 박사팀은 하버드 의대 Shelley Fried 교수팀과의 공동 연구를 통해 망막 질환의 진행 정도에 따른 인공 시각 신경 신호 변화 패턴을 확인했다고 밝혔다. 망막 색소 변성 및 노인성 황반 변성 등의 망막 변성 질환은 빛을 전기화학적 신경 신호로 변환해주는 광수용체 세포들을 파괴하여 시력을 잃게 되는 질병이다. 해당 질병들은 치료 약물이 존재하지 않고, 구조가 상대적으로 간단한 각막이나 수정체와 달리 복잡한 신경 조직인 망막은 이식이나 교체가 불가능하다. 다행히 광수용체 세포 뒷단에서 뇌로 신경 신호를 전달하는 신경절 세포들은 살아남기 때문에, 안구 내에 마이크로 전극을 이식하여 전기적으로 자극하면 인공 시각을 형성할 수 있다. 이러한 원리로 동작하는 인공 망막 장치는 망막 변성 질환으로 실명한 환자들의 유일한 시력 회복 방법이다. 하지만, 이식받은 환자마다 큰 성능 차이를 보이는데 그 원인을 알지 못해 일반적으로 적용하기 어려운 상황이다. KIST 연구진은 사람의 망막 색소 변성과 비슷한 양상으로 실명하게 된 유전자 조작 실험용 쥐에서 인공 망막 사용자 간의 성능 차이를 설명할 수 있는 실험결과를 얻었다. 지금까지는 정상 망막이나 심하게 질병이 진행된 망막에서 연구가 이루어져 왔으나, 연구진은 질병이 진행되는 과정에서 인공 시각 신경 신호 변화를 확인할 수 있도록 체계적인 실험을 수행했다. 그 결과, 망막 변성이 진행됨에 따라 전기 자극에 대한 신경 신호의 크기와 일관성이 감소하는 것을 확인하였다. 인공 망막 장치는 반복적인 전기 자극으로 인공 시각 이미지를 주기적으로 갱신한다. 이 때문에 일관된 신경 신호를 받는 것이 중요하다. 예를 들어, 사용자가 알파벳 ‘K’를 계속 응시하는 동안에는 반복되는 전기 자극들이 모두 ‘K’를 의미하는 신경 신호를 형성해야 해당 글자를 인지할 수 있다. 그러나, 변성 망막에서 일관성이 낮아지게 되면, ‘K’를 바라보고 있는데도 각각의 전기 자극이 ‘L’, ‘R’, ‘S’ 등 서로 다른 알파벳을 나타내는 신경 신호를 뇌로 전달하여 무엇을 보고 있는지 해석하기 어렵게 되는 것이다. KIST 연구진의 실험에서는 각 신경 세포에 동일한 전기 자극을 여러 번 반복했을 때 발생하는 신경 신호가 서로 얼마나 비슷한지 평가하였는데, 정상 망막에서는 신경 신호가 매우 비슷하여 높은 일관성을 보였으나 망막 변성이 진행됨에 따라 일관성이 크게 감소하는 것이 확인되었다. 제 1저자인 윤영준 박사와 이재익 박사는 “변성된 망막에서는 시선을 고정하고 있더라도 계속 서로 다른 신경 신호가 뇌로 전달되어 전기 자극으로 만들어진 인공 시각 정보 인지를 저하시키는 원인이 되는 것으로 보인다.”라고 밝혔다. KIST 임매순 박사는 “망막 변성 질환들은 환자에 따라 그 질병의 경과가 다른 것으로 알려져 있고, 인공 망막 장치를 이식받을 대상의 망막 상태도 매우 다를 수 있다. 따라서, 좋은 품질의 인공 시각을 위해서는 망막 변성 진행 정도를 면밀히 검토하여 인공 망막 장치 이식 대상 및 시기를 결정해야 한다는 것을 의미한다.”라며, “변성이 많이 진행된 망막에서도 우수한 인공 시각을 형성하기 위해 신경 신호 일관성을 높이기 위한 연구를 다방면으로 진행하고 있다.”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 신진연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 ‘IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering’ 최신호에 게재되었다. * (논문명) Retinal Degeneration Reduces Consistency of Network-mediated Responses Arising in Ganglion Cells to Electric Stimulation - (제 1저자) 한국과학기술연구원 윤영준 위촉연구원 - (제 1저자) 하버드 의대 매사추세츠 종합병원 이재익 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 임매순 선임연구원 <그림설명> [그림 1] (위) 인공 망막 장치 이식 및 인공 시각 신경 신호에 의한 뇌 시각 피질의 활성화 개념도 (중간) 정상 망막은 반복적인 전기 자극에 대해 비슷한 신경 신호를 뇌로 전달하여 시각 정보(예시-KIST 글씨)를 사용자가 정확하게 인지할 수 있음. (아래) 변성 망막에서는 동일 전기 자극에도 서로 다른 신경 신호가 뇌로 전달되어 시각 정보를 정확하게 인지하지 못함. [그림 2] 망막 변성 질환 진행 정도에 따른 신경 신호 일관성 실험 결과. 동일 전기 자극을 7번 반복적으로 인가하고 각각이 형성한 신경 신호가 서로 비슷한 정도(Inter-trial correlation)를 STTC(Spike Time Tiling Coefficient) 값을 계산하여 비교 분석함. 위 그래프에서는 붉은색이 많을수록 일관성이 높고, 알록달록해질수록 일관성이 낮아짐을 나타냄. 아래 그래프에서는 STTC 값이 작아질수록 일관성이 낮아짐을 의미. 두 그래프 모두에서 정상 쥐의 망막(wt, wild-type)과 망막 변성 쥐의 질병 시작 전(P15, 생후 15일)에는 높은 신경 신호 일관성을 보이나, 망막 변성 쥐가 나이 들어감에 따라 (질병이 진행됨에 따라) 일관성이 크게 낮아지는 것이 확인됨.