“치매 원인 물질을 치료 신호로”…KAIST, 알츠하이머 전구약물 개발

과산화수소 활용…'스마트 치료제' 역할
파킨슨병 등 타 뇌질환 치료에 활용 가능성

AI로 생성된 연구 이미지./한국과학기술원

국내 연구진이 치매 원인 물질인 과산화수소를 오히려 치료 신호로 활용, 병든 뇌에서만 활성화되는 전구약물(Prodrug)을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 화학과 임미희 교수 연구팀이 알츠하이머병의 병든 뇌에서만 활성화되는 전구약물을 개발하고, 동물실험을 통해 치료 효과를 확인했다고 2일 밝혔다. 이번 연구는 김민근 전남대학교 교수,이철호·김경심 한국생명공학연구원 박사, 이영호 한국기초과학지원연구원 박사 연구팀과 공동으로 진행됐다.

전구약물은 처음에는 약효가 없지만 몸속 특정 환경에서만 활성형 치료제로 바뀌는 약물이다. 이번 연구에서는 알츠하이머병 환자의 뇌에서 증가하는 과산화수소를 만나야만 활성화되도록 설계돼 병든 뇌에서만 선택적으로 작동하는 '스마트 치료제' 역할을 한다.

알츠하이머병 환자의 뇌에서는 세포를 손상시키는 과산화수소가 정상보다 많이 생성된다. 지금까지는 이를 제거해야 할 유해물질로만 여겨졌지만, 연구팀은 오히려 이를 약을 작동시키는 신호로 활용하는 방법을 고안했다.

연구팀이 개발한 전구약물(BE-1, BE-2)은 건강한 뇌에서는 거의 반응하지 않지만 치매가 진행되는 뇌에서 과산화수소를 만나면 활성형 치료 물질(AP-1, AP-2)로 바뀐다. 이 과정에서 과산화수소 포함 활성산소종들을 줄이는 동시에 치매의 주요 원인으로 알려진 아밀로이드 베타 단백질(뇌 속에 쌓여 신경세포를 손상시키는 단백질)이 서로 뭉쳐 독성이 강한 응집체(단백질 덩어리)를 만드는 것도 막아준다는 설명이다.

연구팀은 첨단 분석기술을 이용해 활성화된 약물이 아밀로이드 베타 단백질의 구조를 변화시켜 큰 덩어리로 자라는 것을 억제한다는 사실을 확인했다. 알츠하이머병 생쥐 모델을 통해 확인한 결과, 약물은 혈액-뇌 장벽(BBB, 혈액 속 물질이 뇌로 들어가는지를 조절하는 보호막)을 통과해 실제 뇌 안에서 치료 물질로 바뀌었다.

이번 연구는 특정 단백질 하나만 표적으로 하는 기존 치매 치료제와 달리, 병든 뇌의 환경 자체를 이용해 약이 필요한 곳에서만 작동하도록 설계했다는 점에서 의미가 크다는 설명이다. 이를 통해 치료 효과는 높이고 부작용은 줄일 수 있는 새로운 치매 치료 전략을 제시했으며, 앞으로 파킨슨병 등 다른 퇴행성 뇌질환 치료에도 활용될 가능성이 기대된다고 KAIST는 전했다.

임 교수는 "이번 연구는 그동안 제거해야 할 대상으로만 여겨졌던 과산화수소를 약을 작동시키는 신호로 활용했다는 점에서 의미가 있다"며 "병든 조직에서만 약이 활성화되는 이번 기술은 알츠하이머병과 같은 복합 질환을 보다 안전하고 효과적으로 치료하는 새로운 플랫폼이 될 것으로 기대한다"고 말했다.