룬드대학교 과학자들이 머신러닝과 기존 의약품을 활용하여 소아암 중 가장 치명적인 고위험 신경모세포종 모델에서 종양 성장을 늦추고 생존율을 높이는 약물 조합을 발견했습니다. 이번 연구는 더 빠르고 저렴한 치료법 개발의 길을 열어줄 수 있을 것으로 기대됩니다.
스웨덴 연구진은 인공지능과 기존 의약품 라이브러리를 활용하여 가장 치명적인 소아암 중 하나에 효과가 있을 것으로 예상되는 약물 조합을 찾아냈습니다.
룬드대학교 연구팀은 흔히 사용되는 콜레스테롤 저하제인 스타틴과 편두통 및 메스꺼움 등의 질환에 사용되는 페노티아진 계열 약물을 병용 투여했을 때, 고위험 신경모세포종 실험 모델에서 종양 성장이 억제되고 생존율이 향상되었다고 보고했습니다. 이 연구는... 출판 EMBO Molecular Medicine 저널에 게재되었습니다.
신경모세포종은 미성숙 신경세포에서 발생하는 암으로, 매년 전 세계적으로 약 5,500명의 어린이에게 발병하며, 대부분 5세 미만입니다. 일부 유형은 비교적 경미하지만, 공격적이고 위험도가 높은 유형은 모든 소아암 중 생존율이 가장 낮고 치료가 매우 어려운 것으로 악명 높습니다.
이 암은 처음에는 항암화학요법에 반응하는 경우가 많지만, 더 위험한 형태로 재발하는 경우가 흔합니다.
룬드대학교 분자소아종양학 연구팀의 책임자인 다니엘 벡셀은 보도자료에서 “이 질병은 재발 위험이 높습니다. 항암제는 처음에는 효과가 좋지만, 암이 재발하면 내성을 보입니다.”라고 밝혔습니다.
이 문제를 해결하기 위해 벡셀 연구팀은 이미 다른 질환에 사용하도록 승인된 의약품의 새로운 용도를 찾는 약물 재활용(drug repurposing)이라는 접근법을 활용했습니다. 재활용을 통해 약물의 안전성이 이미 잘 알려져 있기 때문에 환자에게 필요한 치료법을 훨씬 빠르게 제공할 수 있습니다.
이번 새로운 연구에서 룬드 연구팀은 영국의 AI 및 생명공학 회사인 힐엑스(Healx), 카롤린스카 연구소의 연구진, 그리고 두 개의 소아암 자선 단체인 영국의 aPODD 재단과 이탈리아의 ENEA(유럽 신경모세포종 협회)와 협력했습니다.
연구팀은 머신러닝 기술을 활용하여 수천 가지 약물이 인체에서 어떻게 작용하는지 설명하는 대규모 데이터 세트와 신경모세포종에서 특히 중요한 유전자에 대한 상세 정보를 분석했습니다. 목표는 기존 약물 중 어떤 약물이 암의 생물학적 특성을 저해할 수 있는지 예측하는 것이었습니다.
컴퓨터로 생성된 이러한 후보 목록을 바탕으로 룬드 연구진은 실험실로 이동했습니다. 그들은 환자에게서 유래한 공격적인 신경모세포종 종양에 대해 유망한 후보 물질들을 단일 약물로, 그 다음에는 병용 요법으로 테스트했습니다.
"두 가지 약물이 각각 개별적으로 효과를 낼 수 있다는 것을 금방 알아챘습니다. 하지만 함께 사용했을 때 그 효과는 매우 강력했습니다. 강력한 시너지 효과가 나타난 것이죠."라고 연구팀의 박사 과정 학생이자 이번 연구의 제1 저자인 카타르지나 라드케는 덧붙였다.
가장 눈에 띄는 조합은 스타틴과 페노티아진이었다. 스타틴은 혈중 콜레스테롤을 낮추고 심장 질환 위험을 줄이기 위해 널리 처방된다. 페노티아진은 메스꺼움과 편두통 치료를 포함한 다양한 질환에 사용되는 오래된 계열의 약물이다.
스타틴이 체내 콜레스테롤 생성을 억제한다는 사실은 이미 알려져 있었습니다. 룬드 연구팀은 페노티아진 계열 약물 또한 종양 세포의 콜레스테롤 수치를 낮추지만, 스타틴과는 다른 상호보완적인 기전을 통해 작용한다는 것을 발견했습니다. 두 약물을 병용했을 때, 암세포의 콜레스테롤 수치가 임계점까지 떨어졌습니다.
"이러한 모든 요인이 복합적으로 작용하여 종양 세포의 콜레스테롤 수치가 낮아졌습니다. 많은 종양 세포가 사멸했고, 살아남은 세포들은 항암제에 더욱 민감해졌습니다. 콜레스테롤이 종양에 중요한 역할을 한다는 것은 알고 있었지만, 그 효과가 이렇게 강력할 줄은 몰랐습니다."라고 벡셀은 덧붙였습니다.
콜레스테롤은 세포막을 구성하고 세포의 빠른 성장을 촉진하는 데 필수적이며, 암세포는 이 두 가지 모두에 의존합니다. 두 약물은 콜레스테롤 공급을 두 방향에서 동시에 차단함으로써 종양 세포를 약화시키고 항암 화학 요법에 대한 반응성을 회복시키는 것으로 나타났습니다.
실험실 실험과 동물 연구에서, 병용 치료는 공격적이고 항암제에 내성이 있는 신경모세포종을 가진 쥐에서 종양 성장을 억제하고 생존율을 향상시켰습니다. 이러한 결과는 콜레스테롤 대사를 표적으로 삼는 것이 이 암의 내성을 극복하는 강력한 방법이 될 수 있음을 시사합니다.
이 연구는 아직 초기 전임상 단계에 있습니다. 연구에 사용된 약물은 어린이에게 투여되지 않았으며, 임상 시험을 시작하기 전에 더 많은 연구가 필요합니다. 연구팀은 이제 두 약물의 화학적 특성을 개선하여 안전성을 유지하면서 신경모세포종에 대한 병용 효과를 최적화할 계획입니다.
하지만 이번 연구 결과는 현재로서는 예후가 좋지 않은 진단을 받은 환자 가족들에게 희망적인 미래를 제시합니다. 두 약물 모두 이미 다른 용도로 시판되고 있기 때문에, 용도 변경에 성공한다면 새로운 치료법을 환자에게 제공하는 데 필요한 시간과 비용을 단축할 수 있을 것입니다.
이번 연구는 또한 기계 학습과 빅데이터가 소아암 분야에서 발견을 가속화할 수 있는 방법을 강조합니다. 소아암 분야는 전통적인 신약 개발 방식이 성인암에 비해 뒤처지는 경우가 많았습니다.
룬드 연구팀과 파트너들은 인공지능 기반 예측과 환자 유래 종양에 대한 정밀한 실험실 테스트를 결합하여 기존 의약품 중에서 새로운 치료법을 찾는 모델을 개발했습니다.
향후 연구를 통해 소아 환자에게서 스타틴-페노티아진 병용 요법의 안전성과 효과가 입증된다면, 고위험 신경모세포종에 대한 절실히 필요한 치료법을 제공하고 표준 화학 요법에 더 이상 반응하지 않는 어린 환자들에게 새로운 희망을 줄 수 있을 것입니다.
출처: 룬드 대학