뇌졸중 치료, 별세포로 가능할까? 기초과학연구원의 해답

뇌졸중은 전 세계적으로 주요 사망 원인 중 하나이며, 생존하더라도 후유증이 심각할 수 있습니다. 현재 치료법은 신경세포를 직접 자극하는 방식이지만, 효과가 제한적이며 개인차가 큰 편입니다. 이에 기초과학연구원(IBS) 연구진은 신경세포가 아닌 별세포(Astrocyte)를 표적으로 삼아 신경 회로를 재구성하는 새로운 치료 전략을 제시하였습니다. 과연 이 기술이 뇌졸중 치료의 패러다임을 변화시킬 수 있을까요?

 

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왜 뇌졸중 치료가 어려운가?

뇌졸중은 전 세계적으로 주요 사망 원인 중 하나이며, 생존하더라도 후유증이 심각한 질병이다. 뇌졸중은 크게 두 가지로 나뉜다.

• 허혈성 뇌졸중: 뇌혈관이 막혀 뇌로 가는 혈류가 차단됨 (전체의 80% 차지)
• 출혈성 뇌졸중: 뇌혈관이 터져 출혈이 발생함

이로 인해 신체 마비, 언어 장애, 인지 기능 저하 등의 후유증이 발생할 수 있다. 하지만 기존 치료법은 신경세포를 직접 자극하는 방식이어서 효과가 개인차가 크고 예측이 어렵다.

기초과학연구원이 찾은 새로운 치료 전략

기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단은 기존 치료법의 한계를 극복하기 위해 새로운 접근법을 연구했다. 바로 별세포(Astrocyte)의 칼슘 신호를 조절하여 신경회로를 재구성하는 방식이다. 별세포는 단순한 보조세포가 아니라 신경세포의 활성과 시냅스 가소성에 중요한 역할을 한다.

광유전학 기술을 활용한 뇌졸중 치료

연구진은 OptoSTIM1이라는 첨단 광유전학 도구를 사용하여, 특정 파장의 빛을 이용해 별세포의 칼슘 신호를 조절하는 실험을 진행했다

▲ 빛 자극을 통한 별세포의 칼슘 신호 유도

 

배양된 별세포에 옵토스팀원(OptoSTIM1)과 채널로돕신(ChR2)을 발현시키고, 특정 파장의 빛(청색광)을 쬐어주었을 때, 옵토스팀원을 발현한 별세포에서 칼슘 신호가 강하고 오래 지속됨을 확인할 수 있다.

뇌졸중 후 운동 기능이 회복됐다!

연구진은 뇌졸중을 유발한 실험용 생쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 감각-두정피질 영역에 광섬유를 삽입하고, 특정 파장의 빛을 조사하여 별세포의 칼슘 신호를 활성화했다. 그 결과 단 2주간의 치료만으로도 놀라운 변화가 나타났다.

• 운동 기능 향상: 기존 뇌졸중 생쥐 대비 1.5배 높은 성공률
• 이동 능력 증가: 더 멀리, 더 빠르게 이동 가능
• 신경회로 회복: 신경세포와 별세포 간의 연결 강화

▲ 뇌 조직 내 별세포에서의 광유전학적 칼슘 신호 조절

생쥐 뇌 조직(감각-두정피질 영역)에 옵토스팀원을 발현하고 빛을 쬐어주었을 때, 별세포에서 선택적으로 칼슘 신호가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 칼슘 신호는 빛을 쬐어준 후 1분 이내에 최대로 증가하며, 10분 이상 유지됨을 알 수 있다.

세계적인 연구팀이 모였다!

이번 연구는 기초과학연구원(IBS), 한국과학기술원(KAIST), 광주과학기술원(GIST)가 협력하여 진행했다. 주요 연구진

• 이창준 단장 (IBS 인지 및 사회성 연구단) – 연구 총괄
• 허원도 교수 (KAIST) – 광유전학 기술 개발
• 김형일 교수 (GIST) – 신경 재활 연구

이들은 국제적으로도 인정받는 연구자들이며, 다수의 권위 있는 논문을 발표해왔다.

국제 학술지에 게재!

이번 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 학술지 Science Advances에 게재됐다. 논문 제목: "Optogenetic calcium modulation in astrocytes enhances post-stroke recovery in chronic capsular infarct" 게재일: 2025년 1월 31일 저자: Jongwook Cho, Sangkyu Lee, Yeon Hee Kook, Jiyoung Park, Won Do Heo, C. Justin Lee, Hyoung-Ihl Kim

뇌졸중을 넘어 알츠하이머까지?

연구진은 앞으로 별세포의 칼슘 신호를 조절하는 약물 개발을 목표로 하고 있다. 또한, 뇌졸중뿐만 아니라 알츠하이머, 파킨슨병 등 신경퇴행성 질환에도 적용할 계획이다.

• 별세포 타겟 약물 개발
• 임상 연구 진행
• 알츠하이머 등 다른 신경 질환 치료 적용

▲ OptoSTIM1으로 인한 뇌졸중 후 운동기능 회복

뇌졸중이 유도된 생쥐에 옵토스팀원 기술을 적용한 결과, 운동 기능 회복이 크게 향상되는 것을 확인했다. 운동 기능은 단일 펠릿 도달 실험을 통해 평가되었으며, 이는 생쥐가 투명한 슬롯을 통해 작은 먹이를 집어 올리는 능력을 측정하는 방식이다.

뇌졸중 치료의 새로운 희망

뇌졸중은 여전히 치료가 어려운 질환이지만, 이번 연구를 통해 새로운 희망이 보이고 있다. 기초과학연구원의 연구가 실제 임상 치료로 이어진다면, 수많은 뇌졸중 환자들이 더 나은 삶을 살 수 있을 것이다. 앞으로의 연구 진행이 더욱 기대된다!