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Next Tech 2030
뇌 치료약, 코 신경으로 투여
신경 난치병 치료의 장벽 극복

ALS(근위축성측색경화증) 등 뇌에서 발생하는 질병은 치료약이 환부에 도달하기 어렵다는 문제로 치료약 개발이 뒤처져 있다. 니혼(日本)대학의 가네자와(金沢) 전임 강사 팀은 미세한 캡슐을 이용해 뇌에 약을 운반하는 기술 개발에 착수한다. 코의 안쪽 신경을 통해 분자가 큰 핵산 등을 운반하도록 하는 기술이다. 2030년경에 의약품으로서 실용화된다면 ALS와 파킨슨병 등의 치료를 개선할 수 있을 것이다.

니혼대학의학부(지바 현)의 한 연구실. 가네자와 전문강사가 조작하는 컴퓨터 화면에는 쥐 뇌의 현미경 사진이 비춰져 있다. 그는 “이것은 코의 신경을 통해 미세한 캡슐이 도달한 뇌 조직입니다”라고 설명한다.

뇌의 혈관에는 세포와 유해물질의 침입을 막아주는 ‘혈액뇌장벽’이라는 빗장이 있다. 혈관 안에 있는 세포 간이 단단하게 결합되어 있어 필요한 영양소 등을 제외하고는 진입하지 못하게 제어한다. 스즈키(鈴木) 교수는 “분자가 큰 핵산이나 항체, 단백질은 이 빗장을 뚫고 들어가기 어렵다”라고 말한다.

가네자와 전임강사 팀은 코 안에 있는 후각신경과 삼차신경(Trigeminal nerve)에 주목. 뇌에 가깝다는 이점을 살려 코를 통해 뇌에 핵산을 도달시키는 기술을 개발했다. 단백질의 펩타이드(단편) 등으로 직경 80나노미터의 캡슐을 제작. 특정 유전자에 작용해 질병의 원인이 되는 단백질이 만들어지는 것을 막는 핵산을 이 캡슐에 붙여 뇌에 도달시켰다. 캡슐은 신경 주위의 빈 공간에 흐르는 액체 등을 통해 뇌에 도달하게 된다. “혈관을 통과하지 않기 때문에 혈액뇌장벽을 피할 수 있다”(가네자와 전임강사).

뇌종양이 있는 집쥐(랫트)의 코를 통해 캡슐이 포함된 액체를 분사한 결과, 핵산만을 분사하는 경우에 비해 생존 기간이 50% 정도 늘어났다. 캡슐에 부착된 핵산의 3%는 뇌의 후각신경이 이어진 부분으로, 0.5%는 뇌의 본체에 도달한 것을 확인, 효과가 발휘되었다고 연구팀은 보고 있다. 연구팀은 앞으로 3년 이내에 코의 내부 및 신경의 모양이 사람과 흡사한 원숭이를 이용해 핵산을 넣은 캡슐을 뇌의 어느 부분에 얼마만큼의 양을 운반할 수 있을지를 확인. 5년 후에 ALS 등의 의사 주도 임상시험을 실시하고 10년 후에는 의약품으로서 실용화하는 것을 목표로 하고 있다.

연구팀은 동물 실험과 병행해 뇌에 도달하는 효율을 더욱 향상시키는 연구를 추진한다. 연구에 핵심은 두 가지. 첫 번째는 분사한 캡슐이 확산되는 방식을 자세히 조사하는 것이다. 스즈키 조교는 실제로 사람의 코 안의 형태를 재현한 실리콘 수지로 만들어진 모형을 이용해 캡슐이 도달하는 범위의 면적 등을 검토하고 있다.

두 번째는 의약품 분사에 이용되는 기구의 개량이다. 기구는 ALS나 파킨슨병으로 인해 손가락의 힘이 약해진 고령자도 간단히 이용할 수 있어야 한다. 연구팀은 기업과 협력해 치료약을 효율적으로 뇌에 도달시킬 수 있는 기구 개발을 목표로 하고 있다.

최근 뇌에 치료약을 도달시키기 위한 기구 개발은 급속도로 추진되고 있다. 도쿄대학은 뇌가 영양소인 당을 흡수하는 원리를 이용해 혈액뇌장벽을 통과하는 기술을 개발. 마우스에 투여한 결과 6%가 뇌에 도달했다. 알츠하이머병 등의 임상시험을 목표로 하고 있다. 중견 제약회사인 JCR파머도 난치병인 헌터증후군용으로 개발을 추진하고 있다.

-- ‘뇌’ 관련 신약 개발에서 뒤처진 일본, 산∙관 지원이 중요 --
선진국과 동아시아에서 고령화가 진행되면서 신경질환이나 치매 환자가 증가할 것으로 보인다. 세계적 제약회사들은 이러한 난치병의 치료약 개발에 주력해오고 있지만 근본적인 치료를 위한 치료약은 아직 많지 않고 증상을 완화하거나 진행을 늦추는데 그치고 있다. 항체의약과 핵산의약, 중분자의약품 등 다양한 신약들이 잇따라 개발된 암과 생활습관병과는 달리 뇌 관련 신약은 저분자화합물의 일부 외에는 도달하지 못한다는 것이 개발에 큰 장벽이다. 이번에 니혼(日本)대학이 개발한 기술을 이용한다면 뇌에 다양한 종류의 치료약을 도달시킬 수 있어 치료 방법이 늘어날 가능성이 크다.

미세 캡슐을 이용하는 운반법은 핵산뿐만 아니라 지금까지 약 개발의 주류였던 저분자화합물에도 이용이 가능하다. 가네자와 전입강사는 “저분자화합물이라도 물에 잘 녹는 성질의 것은 혈관뇌장벽을 통과하기 어렵다”라고 지적한다. 기업들이 개발을 단념한 저분자화합물 등을 코의 신경을 경유한 미세 캡슐 운반법을 이용한다면 의약품이 만들어질 가능성이 있다. 

한편, ALS와 파킨스병은 뇌에 치료약을 도달시키는 난이도가 높고 암이나 성인병, 감염병에 비해 환자의 수가 적기 때문에 시장 규모가 작아 제약회사가 개발을 추진하기 어려운 실정이다. 이번 니혼대학의 기술처럼 대학이 개발한 새로운 기술을 실용화하기 위해서는 기업과 정부의 협력과 지원이 중요하다.

▶ 뇌에 치료약을 운반하는 기술 연구사
- 2013년: 항암제를 캡슐에 넣어 뇌종양을 치료하는 기술을 도쿄대학이 개발
- 2017년: JCR파머가 난치병인 헌터증후군 치료를 위한 임상시험을 개시
- 2018년: 도쿄대학이 항체를 뇌에 운반하는 기술을 개발
- 2019년: 니혼대학과 도쿄대학, JCR파머가 뇌에 치료약을 운반하는 기술 개발을 추진
- 2024년경: 니혼대학의 기술을 이용해 ALS 등의 의사 주도 임상시험을 실시
- 2030년경: 니혼대학의 기술로 개발된 ASL 등의 효과적인 치료약 등장

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