펜실베이니아 대학교 연구진이 중독과 관련된 보상 경로를 활성화시키지 않으면서 쥐의 통증을 줄이는 뇌 표적 유전자 치료법을 개발했습니다. 이 연구는 만성 통증에 대한 비중독성 치료법 개발의 토대를 마련할 수 있을 것으로 기대됩니다.
만성 통증으로 고통받는 수백만 명에게 통증 완화는 종종 위험한 대가를 치르게 합니다. 바로 고통을 덜어주지만 중독과 과다 복용의 위험이 높은 오피오이드 계열 진통제입니다. 새로운 전임상 연구는 다른 길이 가능할지도 모른다는 가능성을 제시합니다.
펜실베이니아 대학교 연구진이 주도한 실험적인 유전자 치료법은 뇌의 통증 처리 센터를 표적으로 삼아 쥐에게 장기간 통증 완화 효과를 제공하면서도 중독을 유발하는 뇌의 보상 회로를 자극하지 않는 것으로 나타났습니다.
접근, 기술 된 학술지 네이처에 발표된 이 연구는 마치 볼륨 조절기처럼 통증 채널만 차단하고 다른 뇌 기능은 거의 그대로 유지하는 방식을 제시합니다. 아직 동물 실험을 통한 초기 단계 연구이지만, 과학자들은 이 기술이 만성 통증으로 고통받는 사람들에게 큰 도움이 될 수 있을 것이라고 말합니다.
팀은 명확한 목표를 가지고 출발했다.
"이번 연구의 목표는 통증을 줄이는 동시에 중독 위험과 위험한 부작용을 줄이거나 없애는 것이었습니다."라고 펜실베이니아 대학교 페렐만 의과대학 정신의학 및 신경과학 조교수이자 공동 선임 저자인 그레고리 코더는 보도자료에서 밝혔습니다.
모르핀을 비롯한 오피오이드 진통제는 뇌와 척수의 수용체에 결합하여 통증 신호를 억제하는 방식으로 작용합니다. 그러나 이러한 약물은 뇌의 여러 영역에 광범위하게 작용하기 때문에 호흡을 늦추고 사고력을 저하시키며, 약물 중독을 유발하는 보상 경로를 활성화시킬 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 환자는 내성이 생겨 동일한 효과를 얻기 위해 더 많은 용량을 필요로 하게 됩니다.
보다 정확한 대안을 설계하기 위해 연구팀은 먼저 첨단 영상 기술을 사용하여 통증을 추적하는 뇌세포를 연구했습니다. 동물 모델에서 모르핀이 통증을 완화했을 때 이 세포들이 어떻게 반응하는지 관찰함으로써 연구진은 통증 완화에 관여하는 특정 뇌 회로에 대한 새로운 통찰력을 얻었습니다.
연구팀은 인공지능 기반의 행동 실험 플랫폼을 쥐에 구축하여 자연스러운 움직임과 행동을 관찰하고 이를 통증 수준으로 측정할 수 있도록 했습니다. 이 AI 시스템 덕분에 과학자들은 기존의 조잡한 측정 방식에 의존하지 않고 특정 치료법이 실제로 통증을 얼마나 줄이는지 정확하게 판단할 수 있었습니다.
이 분석 결과를 지도 삼아 연구팀은 모르핀의 유익한 효과는 모방하면서도 중독성은 피하는 표적 유전자 치료법을 개발했습니다. 이 치료법은 뇌에서 통증 신호를 차단하는 스위치를 작동시키도록 설계되었습니다. 활성화된 이 스위치는 정상적인 감각을 둔화시키거나 중독과 관련된 보상 경로를 활성화시키지 않으면서 쥐에게 지속적인 통증 완화 효과를 제공했습니다.
코더는 이번 연구가 해당 분야에 있어 중요한 이정표가 될 것이라고 언급했다.
코더는 "우리가 아는 한, 이는 세계 최초의 중추신경계 표적 통증 유전자 치료법이며, 중독성이 없고 신경 회로 특이적인 통증 치료를 위한 구체적인 청사진입니다."라고 덧붙였습니다.
이 연구는 미국 국립보건원(NIH)의 신진 혁신가상과 기타 연방 정부 및 재단 보조금 지원을 받아 6년 이상 진행된 연구의 결과입니다. 이 연구는 미국이 만성 통증과 오피오이드 남용이라는 복합적인 위기에 계속해서 직면하고 있는 시점에 발표되었습니다.
2019년 전 세계적으로 수십만 명이 약물 사용으로 사망했으며, 그중 대다수는 오피오이드와 관련이 있었습니다. 필라델피아에서 최근 실시된 설문조사에 따르면, 응답자의 거의 절반이 오피오이드 사용 장애를 겪고 있는 사람을 알고 있다고 답했고, 3분의 1은 과다 복용으로 사망한 사람을 알고 있다고 답했습니다.
한편, 만성 통증은 '조용한 전염병'으로 불립니다. 약 50천만 명의 미국인이 만성 통증으로 고통받고 있으며, 의료비와 생산성 손실(결근 및 소득 감소 포함)로 매년 수천억 달러의 경제적 손실을 초래합니다. 많은 환자들이 치료받지 못한 통증과 장기적인 오피오이드 사용의 위험 사이에서 옴짝달싹 못하는 상황에 놓여 있습니다.
모르핀이 통증을 완화하는 데 사용하는 뇌 회로에 초점을 맞추되, 갈망과 의존성을 유발하는 회로는 건드리지 않는 새로운 유전자 치료 전략은 한 가지 위기를 완화하면서 다른 위기를 악화시키지 않는 것을 목표로 합니다.
이번 연구는 인공지능과 같은 도구가 신약 개발을 어떻게 가속화할 수 있는지 보여줍니다. 연구진은 쥐 행동 플랫폼을 통해 통증과 관련된 자세, 움직임 및 기타 자연스러운 행동의 미묘한 변화를 포착하고, 이러한 패턴을 활용하여 잠재적인 치료법을 신속하게 테스트하고 개선할 수 있었습니다.
연구팀에는 펜실베이니아 대학교 페렐만 의과대학과 간호대학의 과학자들뿐만 아니라 카네기멜론 대학교와 스탠퍼드 대학교의 공동 연구자들도 포함되어 있습니다. 일부 저자는 해당 치료법에 사용된 맞춤형 유전자 서열과 관련된 임시 특허 출원서에 발명자로 등재되어 있습니다.
다음 단계는 이 접근법을 인체 대상 시험에 더 가깝게 발전시키는 것입니다. 현재 연구팀은 펜실베이니아 대학교의 제임스 S. 리페 석좌교수이자 신경과학 및 심리학 교수인 마이클 플랫과 협력하여 향후 임상 시험으로 이어질 수 있는 잠재적인 교두보로서 연구를 진행하고 있습니다.
플랫은 앞으로의 가능성과 나아가야 할 긴 여정을 모두 강조했습니다.
플랫은 “발견에서 실행에 이르기까지의 여정은 길며, 이는 매우 중요한 첫걸음입니다.”라고 덧붙였습니다. “과학자로서, 그리고 만성 통증으로 고통받는 사람들의 가족 구성원으로서, 오피오이드 위기를 악화시키지 않고 고통을 경감시킬 수 있는 가능성은 매우 고무적입니다.”
통증에 대한 유전자 치료법을 사람에게 적용하기 전에, 추가적인 동물 모델을 이용한 광범위한 안전성 및 효능 연구를 거쳐야 하며, 규제 당국의 검토도 받아야 합니다. 또한 치료 효과가 얼마나 지속될지, 최적의 치료 방법은 무엇인지, 어떤 환자들이 가장 큰 혜택을 받을 수 있을지에 대한 의문점들이 여전히 남아 있습니다.
하지만 뇌 회로 특이적인 통증 차단 스위치라는 개념은 만성 통증 치료가 중독 위험을 감수하지 않아도 되는 미래를 엿볼 수 있게 해준다.
이 연구 결과가 추가적인 검증을 통해 입증된다면, 수년간 극심한 통증에 시달려온 사람들이 통증 완화와 안전 사이에서 선택을 강요받지 않고도 통증의 강도를 줄일 수 있을 것입니다.
출처: 펜 의학