- 환자 유래 뇌 오가노이드 모델과 시스템생물학 융합 … 치료제 개발 걸림돌 해결, 환자 맞춤약물 개발 기대
묵인희 서울대 의대 생화학교실 교수와 조광현 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과(조광현 교수) 공동연구팀은 ‘알츠하이머 환자 유래 뇌 오가노이드모델과 시스템생물학 융합을 통해 환자맞춤형 약물 효능평가 플랫폼(Drug-screening platform)’을 세계 최초로 개발했다고 12일 밝혔다.
뇌 오가노이드는 환자의 역분화 줄기세포(iPSC) 유래 인공 미니 뇌에 해당한다. 시스템생물학은 정보기술에 기반한 수학모델링 및 컴퓨터시뮬레이션, 바이오기술에 바탕을 둔 분자세포생물학 실험을 융합해 복잡한 생명현상을 규명하는 새로운 연구 방식이다.
알츠하이머병은 치매 전체의 약 70%를 차지하지만 현재까지 발생 원인이 불확실하며 치료제도 없는 상황이다. 치료제 개발이 시도됐지만 실제 살아있는 환자의 뇌를 실험 샘플로 사용할 수 없어 약물 효능을 정확히 평가하기 어렵다는게 걸림돌이었다.
이번에 개발된 플랫폼은 환자 혈액에서 만든 역분화줄기세포(Induced-pluripotent stem cell)로 3D 뇌 오가노이드를 제작해 실제 환자의 뇌와 유사한 환경을 만들었다.
여기에 시스템생물학 기반 수학 모델링 기법으로 알츠하이머병의 신경세포 특이적 네트워크망을 구축했다.
연구팀은 이를 이용해 실제 알츠하이머병 환자 및 정상군 유래 뇌 오가노이드를 통해 신경세포 컴퓨터 모델의 실효성을 세계 최초로 검증했다.
묵 교수는 "이번 시스템생물학 플랫폼으로 알츠하이머병 환자의 유전형에 따라 최적의 약물 발굴이 이뤄진다면 치매 치료제 개발 경쟁에서 국가적 우위를 선점할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이번 연구는 보건복지부 및 한국보건산업진흥원에서 지원하는 국가치매극복기술개발 사업으로 수행됐다. 생물·물리·화학 등 자연과학 분야 최고 수준의 국제학술지인 ‘Nature Communications’(IF=12.121, MULTIDISCIPLINARY SCIENCES 분야 상위 7.746%) 2021년 1월 12일자에 ‘A logical network-based drug-screening platform for Alzheimer‘s disease representing pathological features of human brain organoids’이란 논문으로 게재됐다.
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