척수 손상 치료법을 이끄는 장벽 붕궤 약물

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-10
미국립 보건원의 지원을 받은 래트(rat)를 대상으로 한 시험에서 새로운 약물을 주사로 투여하면 척수 손상으로 인한 마비를 부분 회복시킬 수 있는 것으로 나타났다. 이번 결과는 실험실의 기초 연구가 새로운 치료제 개발로 이어질 수 있음을 보여주고 있다. ‘Nature’에 발표된 이번 연구 결과를 주도한 케이스 웨스턴 리저브대학 의학부 신경과학과 교수인 Jerry Silver 교수는 “우리는 척수 손상으로 운동 능력을 잃게 된 수백만 명의 사람들이 언젠가는 회복될 수 있다는 가능성을 확인하고 크게 흥분했다”고 설명했다. 매년 수만 명의 사람들이 척수 손상으로 인한 마비가 발생한다. 척수 손상은 척수 신경세포의 긴 축색 돌기(axon)를 절단시키고 붕괴시켜서 뇌와 인체 사이의 의사소통을 차단하며, 그 결과로서 손상 부위 아래에서의 마비가 발생하게 된다. 논문의 제 1 저자인 연구팀의 Bradley Lang 박사는 척수가 치유되어 원래 상태로 돌아오지 않더라도 축색 돌기의 재생에 도움을 줄 수 있는 약물을 설계하는 것이 현재의 치료법에 요구된다는 아이디어가 떠올랐다고 한다. 그는 “원래 이번 결과는 실험실에서 갑자기 아이디어가 떠오른 별도 프로젝트였다”고 설명했다. 척수 손상이 발생한 후에 축색 돌기는 손상 부위를 통과하여 다른 세포들과 재결합하려고 시도하지만 손상 이후에 발생한 상처가 이를 차단하게 된다. 이전 연구들에서 이러한 움직임이 단백질 타이로신 포스파테이즈 시그마(protein tyrosine phosphatase sigma: PTP sigma)라는 축색 돌기에서 발견되는 효소와 상처 부위를 채워 넣는 당 단백질의 일종인 황산 콘드로이틴 프로테오글라이칸(chondroitin sulfate proteoglycans)과의 상호작용을 통해서 이루어지는 것으로 확인되었다. 연구팀은 PTP sigma를 차단하고 약물이 뇌와 척수로의 유입을 촉진시키는 물질을 설계했다. 마비를 발생시킨 마우스의 손상 부위 피부 아래에 ISP라 명명한 이 물질을 주사했을 때에도 축색 돌기의 부분 회복 및 이동 능력과 방광 기능의 개선이 확인되었다. 이번 연구를 지원한 미국립 보건원 산하 신경질환 및 뇌졸중 연구소의 프로그램 책임자인 Lyn Jakeman 박사는 “척수 손상 환자들의 자연 치유를 개선시키는 약물 치료법은 없는 상황이다. 때문에 이번 연구는 이들 환자들의 회복에 도움을 주는 새로운 약물을 발견하게 해주는 중요한 발전”이라고 설명했다. 원래 이번 연구의 목표는 축색 돌기 성장을 차단하는 PTP sigma와 황산 콘드로이틴 프로테오글라이칸의 상호작용을 이해하는 것이었다고 한다. ISP도 쐐기(wedge)라 불리는 PTP sigma의 핵심 부위의 형태를 모방하여 설계된 것이라고 한다. 쐐기의 구조를 모방한 여러 화학물질들이 페트리 디쉬에서 프로테오글라이칸 장벽을 투과할 수 있는지를 시험하였으며, 연구팀은 ISP가 이를 투과하여 축색 돌기를 자라게 만드는 것을 확인했다고 한다. Silver 교수는 “결과는 놀라웠다. 축색 돌기가 계속 자랐다”고 밝혔다. 다음으로 연구팀은 척수 손상 래트 모델을 대상으로 약물의 효과를 시험했다. 연구팀은 래트에 손상 발생시키고 7주 후에 손상 인접 부위에 약물 또는 위약을 주사했다. 수주 후에 약물이 투여된 래트들은 보행과 소변 배출에서 현저한 개선이 확인된 반면에 위약이 투여된 래트에서는 특별한 변화가 확인되지 않았다. 이 결과는 약물이 뇌와 척수를 통과한 것을 가리키고 있다. 연구팀이 현미경을 이용하여 척수를 조사했을 때에도 축색 돌기의 신경전달물질인 세로토닌(serotonin)을 통한 의사소통을 위한 발아를 유도하는 것을 확인했다. 발아한 축색 돌기는 손상 부위 아래에서 관찰되었다. 세로토닌 의사소통을 차단하는 약물을 이들 래트에게 투여했을 때에 ISP 주사로 인한 효과가 사라지는 것을 보면 새롭게 발아한 축색 돌기가 래트의 회복에 도움을 주는 것을 가리키고 있다. 연구팀은 이 결과가 ISP 유도 발아가 남겨진 온전한 척수 돌기에서 신호전달을 늘림으로써 래트가 회복되는데 도움을 주는 것이라고 생각하고 있다. Silver 교수는 “이번 결과는 매우 유망했다. 우리는 이 약물 단독 또는 다른 치료법과의 병용으로 많은 사람들의 삶을 개선시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다. 현재 연구팀은 ISP를 전임상 시험을 진행하고 있다고 한다. Journal Reference: Bradley T. Lang, Jared M. Cregg, Marc A. DePaul, Amanda P. Tran, Kui Xu, Scott M. Dyck, Kathryn M. Madalena, Benjamin P. Brown, Yi-Lan Weng, Shuxin Li, Soheila Karimi-Abdolrezaee, Sarah A. Busch, Yingjie Shen, Jerry Silver. Modulation of the proteoglycan receptor PTPσ promotes recovery after spinal cord injury. Nature, 2014; DOI: 10.1038/nature13974 axon.jpg http://www.sciencedaily.com/releases/2014/12/141203142540.htm