회복 어려운 척수손상, 새로운 치료 접근이 필요

척수는 뇌와 몸을 연결해 운동과 감각 신호를 전달하는 중요한 통로입니다. 그러나 척수가 손상되면 초기 손상 이후에도 염증 반응이 이어지면서 손상 범위가 확대되고, 주변 부위에는 흉터처럼 단단한 조직이 형성돼 신경 재생은 더욱 어려워집니다. 또한 성숙한 신경세포의 경우 재생 능력이 낮다보니 척수손상은 회복이 매우 어려운 질환으로 분류되곤 합니다.

신경세포 안에는 신경의 성장을 억제하는 조절인자도 존재하는데, 그중 하나가 PTEN입니다. PTEN은 세포의 성장과 증식을 조절하는 유전자이지만, 신경이 손상된 상황에서는 손상된 신경의 재생을 제한하는 요인으로 작용할 수 있습니다. 이에 분당차병원 신경외과 한인보 교수팀과 럿거스대학 연구팀은 척수손상 회복을 위해 염증과 흉터를 줄이는 것뿐 아니라, PTEN을 조절해 신경 재생을 유도하는 새로운 치료 전략을 세웠습니다.

유전자를 일시적으로 조절하는 나노입자 플랫폼 개발

연구팀은 먼저 손상된 신경의 재생을 돕기 위해 PTEN의 작용을 일시적으로 조절할 수 있는 나노입자 기반 플랫폼(NanoScript PTEN 이하 NS-PTEN)을 개발했습니다. NS-PTEN은 바이러스를 이용하는 기존 유전자 전달 방식과 달리, 금 나노입자를 활용해 유전자 조절 물질을 세포 안으로 전달할 수 있게 설계한 것입니다.

PTEN의 발현을 일시적으로 낮춤으로써, 신경세포의 생존과 축삭 성장에 관여하는 신호 경로가 다시 활성화되도록 고안한 이 플랫폼을 통해 신경 재생을 가로막는 요인을 조절, 손상된 신경이 다시 자랄 수 있는 환경을 만든 것이지요.

특히 플랫폼 NS-PTEN은 유전자를 영구적으로 변화시키지 않는 방식으로 작용하며, PrestoBlue 분석 결과, hiPSC-NPC 유래 뉴런에서 유의한 세포독성이 나타나지 않아 치료 플랫폼으로서의 가능성을 보여주었습니다.

동물모델에서 운동 기능 회복 가능성 제시

본 연구팀은 쥐 척수손상 모델에 NS-PTEN을 적용해 치료 효과를 확인했습니다. 그 결과 치료군에서는 걷는 모습과 다리 움직임이 개선됐고, 보행 분석에서도 회복 양상이 뚜렷하게 나타났습니다. 또한 통증 반응과 운동기능을 평가한 결과에서도 치료를 받지 않은 군보다 더 나은 회복을 보였으며, 종아리 근육의 위축도 줄어든 것으로 확인됐습니다. 이는 NS-PTEN이 손상된 척수 부위에 전달된 뒤 운동기능의 회복을 촉진할 수 있음을 보여줍니다.

기대효과

이번 연구는 NS-PTEN이 척수손상에서 신경 재생을 가로막는 외부 환경과 성숙한 신경세포의 낮은 재생 능력이라는 두 가지 한계를 동시에 조절할 수 있음을 보여줍니다. 특히 바이러스를 이용하지 않고 PTEN을 일시적으로 억제하는 방식으로, 기존의 영구적 유전자 억제 전략에서 불러올 수 있는 위험을 줄이면서도 신경 재생과 운동기능 회복을 유도할 가능성을 제시했습니다. 연구팀은 향후 신경세포와 손상 부위의 미세환경을 보다 정밀하게 조절하는 방향으로 연구해나갈 예정입니다. 이 연구는 척수손상을 포함한 다양한 중추신경계 손상 치료 전략에 응용될 수 있을 것으로 기대됩니다.