스위스 회사 NeuroRestore의 과학자들은 Science 저널에 생쥐에서 척수 손상 시 신경 재생을 자극하고 신경이 자연 표적에 다시 연결되도록 유도하여 이동성을 회복시키는 것으로 입증된 유전자 치료법을 개발했다고 보고했습니다.
걷는 집행 센터에 투영되는 하부 흉부 척수 재생 과정의 전체 척수 시각화. 이미지 출처: EPFL/.Neurorestore
생쥐와 인간의 척수 일부가 손상되면 초기 마비가 발생한 후 운동 기능이 광범위하고 자발적으로 회복됩니다. 그러나 척수 완전 손상 후에는 이러한 자연적인 척수의 회복이 일어나지 않아 회복이 불가능합니다. 심각한 부상 후 효과적인 회복에는 신경 섬유 재생을 촉진하는 전략이 필요하지만 운동 기능을 성공적으로 복원하기 위해 이러한 전략에 필요한 조건은 아직 파악하기 어렵습니다.
이번 연구의 수석 저자인 마크 앤더슨(Mark Anderson)은 “5년 전 우리는 해부학적으로 손상되지 않은 척수 손상에서 신경 섬유가 재생될 수 있다는 것을 입증했습니다. "그러나 우리는 또한 새로운 섬유가 병변 반대편의 올바른 위치에 연결되지 않았기 때문에 이것이 운동 기능을 회복하기에 충분하지 않다는 것을 깨달았습니다." Anderson은 NeuroRestore의 CNS 재생 담당 이사이자 Wyss 생물 및 신경 공학 센터의 과학자입니다.
걷는 집행 센터로 투사되는 하부 흉부 척수 재생의 전체 코드 시각화. 이미지 출처: EPFL/.Neurorestore
캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 및 하버드 의과대학의 동료들과 협력하여 과학자들은 제네바에 있는 EPFL 캠퍼스 생명공학 시설의 첨단 장비를 사용하여 심층 분석을 수행하고 부분 척수 손상 후 척수의 자연적 복구에 어떤 유형의 뉴런이 관여하는지 확인했습니다. 이번 연구의 제1저자인 조던 스퀘어(Jordan Squair)는 "단일 세포 핵 RNA 염기서열분석을 사용한 우리의 관찰은 재생되어야 하는 특정 축삭을 드러냈을 뿐만 아니라 이러한 축삭이 운동 기능을 회복하기 위해 자연적 표적과 다시 연결되어야 한다는 것을 밝혀냈다"고 말했습니다. 연구팀의 연구 결과는 사이언스(Science) 2023년 9월 22일호에 게재되었습니다.
그들의 발견은 다각적인 유전자 치료법을 설계하기 위한 기초를 제공합니다. 과학자들은 신경 섬유를 재생하기 위해 생쥐에서 확인된 뉴런의 성장 프로그램을 활성화했습니다. 병변의 핵심을 통해 신경 성장을 지원하기 위해 특정 단백질을 상향조절하고; 병변 아래의 자연 표적에 재생 신경 섬유를 유인하기 위해 유도 분자를 투여했습니다. Squair는 "우리는 부상 후 자연적으로 발생하는 척수 복구 메커니즘 중 일부를 복제하는 치료 전략을 설계할 때 자연에서 영감을 받았습니다."라고 말했습니다.
걷는 집행 센터에 투영되는 하부 흉부 척수 재생 과정의 전체 척수 시각화. 이미지 출처: EPFL/.Neurorestore
해부학적으로 완전한 척수 손상을 입은 생쥐는 걷는 능력을 되찾았고, 부분 손상 후 자연스러운 걷기로 돌아온 생쥐와 유사한 보행을 보였습니다. 이 관찰은 신경외상 후 운동 기능을 성공적으로 회복하기 위한 재생 요법의 알려지지 않은 조건을 보여줍니다. 이번 연구의 수석 저자이자 NeuroRestore의 책임자인 Grégoire Courtine과 Jocelyne Bloch는 “우리는 우리의 유전자 치료법이 척수의 전기 자극과 관련된 다른 절차와 시너지 효과를 발휘할 수 있기를 바랍니다.”라고 말했습니다. "우리는 척수 손상을 치료하기 위한 완벽한 솔루션에는 두 가지 접근법, 즉 관련 신경 섬유를 재생시키는 유전자 치료와 손상 부위에서 운동을 생성하는 해당 섬유 및 척수의 능력을 최대화하는 척수 자극이 필요하다고 믿습니다."
이러한 유형의 유전자 치료법이 인간에게 사용되기 전에 많은 장애물을 극복해야 하지만, 과학자들은 첫 번째 단계를 밟았으며 향후 몇 년 안에 이 위업을 현실화하기 위해 필요한 기술을 개발하고 있습니다.