아주대의대 약리학교실 조중현 교수팀이 파킨슨병 연구와 치료제 개발에 획기적인 전기를 마련할 연구 플랫폼을 개발했다.
연구팀은 인간 전분화능 줄기세포(human pluripotent stem cell; hPSC)를 활용해 중뇌 오가노이드(중뇌 신경세포 기능을 모사한 3차원 뇌 모델)와 선조체 오가노이드(운동 조절과 학습에 중요한 선조체의 특성을 모사한 3차원 뇌 모델)를 각각 제작한 뒤 이를 융합해, 실제 인간 뇌의 신경회로를 정밀하게 재현한 ‘인간 중뇌-선조체 어셈블로이드(human striatal-midbrain assembloid; hSMA, 다종의 뇌오가노이드를 결합해 만든 융합 미니 뇌 모델)’를 확립했다고 밝혔다.
이번 연구의 가장 큰 성과는 인간 뇌의 핵심 신경회로를 모사하는 데 성공했다는 점이다. 새롭게 개발된 hSMA는 중뇌와 선조체라는 두 뇌 부위가 서로 신호를 주고받는 과정을 그대로 구현했으며, 특히 파킨슨병 발병과 밀접한 도파민 뉴런의 신호를 받는 GABA 뉴런이 실제 뇌와 유사하게 시냅스를 형성하고, 그 시냅스를 통해 전기생리적 신호가 정상적으로 전달되는 기능적 연결이 확인됐다.
연구팀은 이어 알파-시누클레인(α-synuclein, 파킨슨병의 주요 원인 단백질) 과발현 조건에서 파킨슨병 환자 뇌에서 나타나는 특징적인 병리 현상이 hSMA에서도 동일하게 재현됨을 입증했다. 알파-시누클레인 단백질의 전이, 축적 및 응집, 도파민 신경세포의 점진적 소실, 그리고 환자 뇌에서 관찰되는 루이소체 유사 구조의 형성이 나타난 것이다. 이러한 결과는 hSMA가 단순한 세포 집합체가 아니라 실제 환자 뇌의 병리 과정을 충실히 반영하는 정교한 질병 모델임을 보여준다.
또한 전사체 분석을 통해 hSMA에서 나타난 유전자 발현의 비정상적 변화가 실제 파킨슨병 환자 뇌에서 보고된 양상과 높은 유사성을 보인다는 사실도 확인됐다. 이는 본 모델이 단순한 형태적 재현을 넘어, 분자 수준에서의 병리 기전까지 반영하고 있음을 보여준다.
나아가 단백질 응집 억제제인 Anle138b와 자가포식 유도제인 rapamycin을 알파-시누클레인 과발현 hSMA에 적용한 결과, 병리적 알파-시누클레인의 축적이 뚜렷하게 감소하는 치료 효과가 확인됐다. 이를 통해 hSMA는 파킨슨병 병리를 재현하는 수준을 넘어, 신약 후보 물질의 효능 검증과 작용 기전 규명까지 동시에 수행할 수 있는 전임상 연구 플랫폼으로의 활용 가능성을 보여주었다. 이번 성과는 파킨슨병의 발병 기전 이해와 새로운 치료 전략 개발에 중요한 전환점을 마련한 것으로 평가된다.
이번 연구 결과는 신경과학·신경학 분야의 세계적 권위 학술지인 Brain(IF=11.7)에 ‘A human striatal-midbrain assembloid model of alpha-synuclein propagation (알파-시누클레인 전파의 인간 중뇌-선조체 어셈블로이드 모델)’이라는 제목으로 2025년 9월호에 게재됐다. 해당 논문은 약리학 교실 조중현 교수가 교신저자로, 신민경 연구강사가 제1저자로 참여했다.
