배경

인간 뇌는 우주에서 가장 복잡한 기관으로 꼽힌다. 이 신비로운 영역을 규명하고자 인류는 연구를 거듭했다. 하지만 살아있는 인간의 뇌세포를 실시간 관찰하며 질환 원인을 분석하는 일은 여전히 어려운 과제다.

기존 연구진은 인간 유도만능줄기세포(induced Pluripotent Stem Cells, iPSC) 기반의 뇌 오가노이드로써 뇌 발달 모사를 시도해 왔다. 그러나 인공 뇌가 배양실에서 장기간 버티기는 쉽지 않았다. 지금까지 보고된 최장 생존 기록은 694일에 불과하다. 이로 인해 태아 초기 수준의 발달 단계만 제한적으로 관찰하는 한계가 존재했다.

치료제 개발 영역도 사정은 다르지 않다. 대표적 희귀 난치성 수면 장애인 기면증 1형(Narcolepsy Type 1, NT1)은 각성을 조절하는 오렉신의 분비 세포 소실로 유발된다. 기존 약물은 증상을 잠시 누그러뜨리는 각성제 처방에 머물렀다. 손상된 신경망을 복원하는 근본 대안이 부재해 환자들은 평생 증상 관리에 매달리는 형편이다.

핵심 발견

최근 신경과학계는 두 개의 의미 있는 이정표를 맞이하는 중이다. 하버드 대학교(Harvard University) 파올라 아를로타(Paola Arlotta) 교수 연구팀은 뉴런 활성을 돕는 새로운 배양액 조성을 선보였다. 이 기법은 인간 뇌 오가노이드를 5년(약 1,800일) 넘게 살려두는 장기 배양을 실현하는 발판이 됐다. 기존 최장 기록을 세 배 이상 뛰어넘은 성과다.

장기 배양된 인공 뇌는 실제 인간 뇌의 발달 경로를 고스란히 밟아 출생 후(postnatal) 성숙 단계의 특징을 고스란히 나타낸다. 연구진은 오가노이드의 유전자 전사체 분석으로 시간 흐름이 세포에 기록된다는 사실을 규명했다. 나이가 다른 전구세포(progenitor)들을 섞어 제작한 키메라(chimeric) 오가노이드 실험의 경우, 노화된 전구세포가 발달 초기 단계를 건너뛰고 2주 만에 성숙 뉴런을 만드는 기전이 관찰되기도 했다.

다른 연구 축에서는 다케다 제약(Takeda Pharmaceuticals)의 오렉신 수용체 2형(Orexin Receptor 2, OX2R) 작용제 오베포렉스톤(oveporexton, 제품명 오제이풀)이 지난 8월 5일 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA)의 허가를 획득했다. 이 신약은 결핍된 오렉신 신호를 체내에서 직접 구현해 망가진 각성 신경망을 능동적으로 복원한다. 임상 3상 시험인 퍼스트라이트(FirstLight)와 래디언트라이트(RadiantLight) 결과에 따르면 오베포렉스톤 복용군은 주간 각성을 오랫동안 유지했으며 탈력발작 빈도 역시 현저히 감소했다. 학계는 이 기면증 치료제 허가가 단순히 수면 장애 개선에 머무르지 않고, 오렉신 기능 저하와 얽힌 파킨슨병(Parkinson's Disease, PD)이나 주의력결핍 과잉행동장애(Attention Deficit Hyperactivity Disorder, ADHD) 연구를 촉진할 유용한 도구가 되리라 예상한다.

의미와 전망

이번 연구 성과는 뇌 질환 모델링과 신약 개발의 패러다임을 바꿀 중요한 지표로 지목된다. 5년 이상 생존하는 뇌 오가노이드 배양 기술은 PD나 알츠하이머병(Alzheimer's Disease, AD) 같은 퇴행성 질환의 장기적 경과를 세밀히 관찰하는 전례 없는 기회를 열어주었다. 아울러 오렉신 수용체를 자극하는 신약의 상용화는 기면증 치료를 넘어 여러 신경계 장애의 유력한 대안으로 부상하고 있다.

다만 인공 뇌가 혈관 시스템이나 면역세포를 갖추지 못해 인체 반응을 완전히 대변하기 어렵다는 한계는 상존한다. 신약 역시 장기 복용에 따른 안전성 검증과 규제 당국의 약물 분류 지정 절차를 남겨두었다. 그럼에도 실험실 내 장기 배양 플랫폼과 정밀 표적 치료제 기술의 교차는 뇌 질환 극복 여정을 단축할 단초를 마련했다는 평이다.