주간뇌연구동향 2018-10-02 한국뇌연구원 뇌연구정책센터
내 용 2018 년 10 월 02 일 국내외뇌연구학술동향 1. 신체대칭유전자가 6 억년전에한일은? 2. ' 우울증 ' 앓는사람스트레스조절뇌영역더커 3. ' 지카바이러스 ' 뇌종양재발막는다 과학기술정책및산업동향 1. 뇌신경세포모방해더똑똑한 AI 만든다 2. 최초의 ` 유전자편집치료제 ` 임상결과 평가는분분 3. 美혈관신경수술 AR 솔루션승인 4. AI 신약개발등바이오 헬스신규사업에 324.5 억원한국뇌연구원 뇌연구정책센터
01. 국내외뇌연구학술동향 출처 : 사이언스타임즈 1. 신체대칭유전자가 6 억년전에한일은? * 원문보기 : https://www.sciencetimes.co.kr/?news * 논문보기 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30262503 과학기술이발달한오늘날에도우리는 자연의경이로움 에감탄하며살고있다. 멀리갈것없이우리의신체구조만봐도그렇다. 인간을비롯한대부분의동물들은 신기하게도 좌우대칭의몸체구조를가졌다. 동물들은혹스 (Hox) 유전자라는특별한유전자의작용으로이런대칭구조의신체를갖게된것으로알려져있다. 그런데이유전자가 6억년전인간과동물의옛공통조상에도존재했으며, 몸체각부위의형성을유도하는역할을했다는연구가나왔다. 미국스토워스의학연구소 (the Stowers Institute for Medical Research) 연구진은좌우대칭동물의몸체형성을조절하는혹스유전자가작은별모양말미잘 (Nematostella vectensis) 의방사형대칭몸체형성에도중요한역할을한다는사실을새로발견했다. 좌우대칭형양향동물 (Bilateria) 과말미잘같은자포동물문 (Cnidaria) 은약 6억년전공통조상에서분화됐다. 과학저널 사이언스 (Science) 28일자에발표된이연구는혹스조상유전자의기능을새롭게이해할수있도록해준다. 아울러진화생물학에서의중요한단계를파악할수있도록함으로써이분야의새로운장을열었다는평을얻고있다. 말미잘이우아한촉수들을사용해플랑크톤을포획하는모습. 새로운연구에따르면말미잘촉수가방사형으로생성되는데도혹스 (Hox) 유전자가관여하는것으로밝혀졌다. 이유전자는인간과다른척추동물의머리 - 꼬리축까지의몸체정형화를조절한다
01. 국내외뇌연구학술동향 1. 신체대칭유전자가 6 억년전에한일은? 진화생물학의새로운장열어출처 : 계속 연구를이끈스토워스의학연구소매튜깁슨 (Matthew Gibson) 박사는 좌우대칭형을가진양향동물들. 혹스 (Hox) 유전자가이런몸체형성을유도하는것으로알려져있으며, 이유전자는이미 6 억년전인간과동물의공통조상때부터존재한것으로밝혀졌다. Credit: Wikimedia Commons 말미잘은우리에게혹스유전자가고대에어떻게기능했는지를엿보게한다 고말했다. 양향동물들에게서혹스유전자의역할은잘확립돼있다. 양향동물들은머리에서꼬리까지의축을가지고있고, 거의가좌우대칭이며, 인간에서부터개나물고기, 거미에이르기까지모든동물을포함한다. 혹스유전자는유전프로그램을작동시켜사지나장기같은다양한신체구조물형성을돕는다. 동물들이태어나발달하면서서로다른신체기관들이정체성을갖도록조절하는것. 각부위의정체성은발달하는유기체의해당영역에서혹스유전자가어떻게발현되는가, 즉혹스코드 (Hox code) 에의해좌우된다. 혹스유전자는말미잘이나해파리, 산호충같은방사형대칭동물을포함하는자포동물문 (Cnidaria) 에서확인되었다. 그러나자포동물들의몸체계획조절에서이유전자의특별한역할이이전에는알려지지않았었다. 6억년전혹스코드는어떤역할했나? 깁슨박사는 혹스코드가어디서유래됐고양향동물이출현하기전에혹스코드가어떻게생물의발달을조절했는지에대한기능적증거가전혀없었다 고말했다. 그는 이번에말미잘의혹스유전자기능연구를통해약 6억년전우리를포함한동물의공통조상들에게서이유전자들이어떤역할을했는지이해할수있게됐다 고덧붙였다. 연구팀은실험대상말미잘 (Nematostella vectensis) 의몸체를정형화 (patterning) 하는유전자들 (Anthox1a, Anthrox8, Anthrox6a, Gbx) 의기능을정지시켰다. 여기에는두가지방법이동원됐다. 하나는짧은헤어핀 RNA 처치를통해혹스유전자기능을정지시키는것, 다른하나는크리스퍼-카스9 유전자가위를사용해유전체에서혹스유전자들을제거하는것이다.
01. 국내외뇌연구학술동향 출처 : 메디컬투데이 2. ' 우울증 ' 앓는사람스트레스조절뇌영역더커 : * 원문보기 : http://www.mdtoday.co.kr/mdtoday/index.html?no=333324 : * 논문보기 : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30229855 시상하부좌측이우울증과양극성장애같은감정장애를가진사람에서 5% 가량더큰것으로나타났다. 23 일독일 Leipzig 대학병원연구팀이 'Acta Psychiatrica Scandinavica' 지에밝힌어떤약물치료도하지않은 우울증을앓는 20 명과약물치료를받은 20 명의우울증을앓는사람그리고 21 명의양극성장애를앓는사람과 View of the left hypothalamus, in the centre of the brain, shown from the left temple 23명의건강한사람등총 84명을대상으로한연구결과이같이나타났다. MRI를사용참여자의시상하부용적을측정한이번연구결과우울증과양극성장애등감정장애를가진사람들이평균적으로시상하부용적이 5% 더큰것으로나타났다. 특히우울증의경우에는시상하부용적이우울증증상이심한것과직접적으로비례하는것으로나타났다. 한편약물은뇌영역크기에영향을미치지않는것으로나타났다. 연구팀은 " 우울증과양극성장애등에대한스트레스반응이뇌속구조적기능적비대칭과연관이있을수있다는증거로볼시정서장애에스트레스조절뇌영역인시상하부가결정적역할을할것이다 " 라고추정했다
01. 국내외뇌연구학술동향 출처 : 메디컬투데이 3. ' 지카바이러스 ' 뇌종양재발막는다 * 원문보기 : https://www.sciencetimes.co.kr/?news * 논문보기 : https://www. 지카바이러스가뇌종양치료에도움이될수있는것으로기대되고있다. 언뜻보기에는지카바이러스가매우침습적인뇌종양인교모세포종과연관성이거의없어보이지만실제로는상상하는것이상으로더많은유사성을공유하고있는바 22일텍사스대학연구팀등이 'mbio' 지에밝힌연구결과지카바이러스가이같은악성뇌종양치료에도움이될수있는것으로나타났다. 뇌종양치료는어렵지만설사치료에반응한다해도대개늘재발을해치료가불가하게되는경우가많다. 이같은뇌종양이재발을잘하는이유는교모세포종줄기세포 (glioblastoma stem cells :GSCs) 형태로뇌조직근처에숨기때문이다. 지카바이러스가한참유행시연구팀은지카바이러스가태아내신경전구세포 (neural progenitor cells) 를특히감염시켜감염된엄마에게서태어난아이들에서치명적인소두증을유발한다는사실을발견한바있다. GSCs 는신경전구세포나다른형이뇌세포들로분화할수있는세포들과일부성질을공유하고있어연구팀은지카바이러스가특이적으로 GSCs 를감염시킬수있을것으로추정했다. ZIKV-LAV inhibited GSC tumor growth and prolonged animal survival
02. 과학기술정책및산업동향 출처 : 동아닷컴 1. 뇌신경세포모방해더똑똑한 AI 만든다 * 원문보기 : http://news.donga.com/3/all/20180930/92202663/1 인공지능 (AI) 중가장유명한것으로바둑소프트웨어 알파고 가꼽힌다. 한국의이세돌 9단, 중국의커제 9단등정상급프로기사에게연이어승리를거두며 특정분야에선 AI가인간을넘어설수있다 는가능성을보였다. 알파고같은고성능 AI는인공지능의가능성을제시했지만방대한양의컴퓨터자원이필요하다는단점을안고있다. 알파고는인터넷으로연결된세계각국의컴퓨터자원을끌어다쓰는데, 이세돌 9단과대국할당시엔중앙처리장치 (CPU) 1202개, 그래픽연산장치 (GPU) 176개를사용했다. 단일시스템으로만들었다면슈퍼컴퓨터에해당한다. AI 는인간대신에자동차를운전하거나공장시스템을제어하는등복잡하고빠른판단이필요한분야에도두루쓰 일것으로보인다. 매번고가의시스템을설치할수는없다보니과학자들은결국 인간의두뇌 에서답을찾고있다. 인텔이개발한뇌신경모사칩 로이히 인간의뇌에필요한에너지를전력으로환산하면한시간에 20W( 와트 ) 정도. 알파고가시간당 56kW( 킬로와트 ) 의전력을사용하므로단순히비교해도인간의뇌가 2800배가량효율이좋다. 인간의뇌를흉내내려면어떤방법을써야할까. 가장먼저생각할수있는건 시뮬레이션 기법이다. 현재까지인간이확보한뇌과학지식을총동원해이기능을컴퓨터속에가상현실로구현해뇌기능을흉내낸다. 이론적으로는컴퓨터스스로자아를갖고인간처럼사고할수있는 강한 AI 를현실에서만들수있는방법으로꼽힌다.
02. 과학기술정책및산업동향 출처 : 계속 1. 뇌신경세포모방해더똑똑한 AI 만든다 그러나인간의뇌기능의비밀이아직과학적으로완전히밝혀지지않은데다약 1000억개로알려져있는뇌신경세포하나하나의세세한연결도고려해야해현재로선거의현실화가불가능하다. 다만이과정에서인간의뇌신경구조와동작원리를이해하는데도움이될수있다. 유럽연합 (EU) 도가상두뇌개발을연구중인스위스로잔공대연구진등을지원하고있다. 시뮬레이션방법은뇌과학연구측면에선긍정적이지만이역시대용량의컴퓨터시스템이필요해실생활에활용하긴어렵다. 과학자들은결국뇌의일부분만흉내내기시작했다. 컴퓨터에사용되는 CPU의내부구조를동물의뇌신경세포동작원리를흉내내만든 뇌신경모사칩 을개발하는것이다. 뇌전체를복제하지않기때문에완전한자아를갖긴아직어렵지만학습속도와처리속도는큰폭으로끌어올릴수있다. 대표적인곳으로 CPU 전문기업 인텔 이꼽힌다. 인텔은지난해 9월 로이히 (Loihi) 라는실험용뇌신경모사칩을발표했다. 로이히칩은뇌신경세포를흉내낸 13만개의전자회로와 1억3000만개의시냅스 ( 신경연결부위 ) 로구성되어있다. 이시스템에사람이손으로쓴숫자를알아보는 AI 프로그램을설치한결과일반컴퓨터를이용한 AI 기능과비교해 100만배높은학습률을자랑했다. 에너지효율역시기존방식보다 1000배높다고인텔측은밝혔다. 인텔은앞으로이기능을한층더높여작은동물수준의인공지능을개발할계획이다. 관련분야연구는국내에서도진행중이다. 한국과학기술연구원 (KIST) 차세대반도체연구소는현재인텔로이히칩에필적하는뇌신경모사칩을독자적으로개발중인데근시일내에관련연구성과를발표할계획이다. 한국전자통신연구원 (ETRI) 도동물의뇌파를분석해효율적으로뇌신경모사칩회로를구성하는연구를진행하고있다. 인텔의 CEO 인브라이언크르자니치 (Brain Krzanich) 는 CES 2018 기조연설을통해데이터가어떻게우리주위환경을변화시키는지그리고자율주행, 인공지능, 가상현실및다른형태의몰입형미디어에이르는차세대기술혁신을어떻게이끌고있는지에대해강조했다 [ 자료제공 : M&K PR]
02. 과학기술정책및산업동향 출처 : 메디파나뉴스 2. 최초의 ` 유전자편집치료제 ` 임상결과 평가는분분 * 원문보기 : http://medipana.com/news/news_viewer.asp?newsnum=225900& 세계최초의생체내 (in vivo) `유전자편집기반` 치료제에대한초기임상시험결과가발표됐다. 최근관심이급증하고있는유전자편집기술을활용한치료제인덕에해당임상은허가때부터주목을받았지만, 막상뚜껑을열고나니반응은분분했다. 초기결과인만큼안전성에서만큼은긍정적이라고평가한부류도있었지만, 일부에서는개념증명이부족하다고지적했다. 지난 9월 5일그리스에서개최된 SSIEM(Society for the Study of Inborn Errors of Metabolism) 연례미팅에서미국바이오기업상가모테라퓨틱스 (Sangamo Therapeutics) 는헌터증후군에대한생체내유전자편집치료제 (in vivo genome editing treatment) 'SB-913' 임상시험결과를발표했다. 생명공학정책연구센터 BioINwatch에따르면, 상가모테라퓨틱스가연구하고있는헌터증후군 (Hunter's syndrome) 은 2형점액다당류증 (mucopolysaccha roidosis Type II, MPSII) 이다. 흔히 IDS(Iduronate 2-sulfatase) 라는효소를코딩하는유전자변이로발생하며, 이효소의결핍은결합조직의발달에필수적인탄수화물인뮤코다당체가불완전하게분해된결과, 체내에축적돼발달지체, 장기부전, 뇌손상, 조기사망을초래할수있다. 2017년말시작한이번 'SB-913' 임상 1/2상연구 (CHAMPIONS Study) 는세계최초로환자체내에유전자가위도구를주입해직접유전자돌연변이를교정하는 in vivo 유전자편집치료제의임상시험이다.
02. 과학기술정책및산업동향 출처 : 계속 2. 최초의 ` 유전자편집치료제 ` 임상결과 평가는분분 'SB-913' 는 1세대유전자가위인 ' 징크핑거뉴클레아제 (zinc finger nucleases, ZFNs)' 기술이적용됐고, 환자의간세포 DNA 정확한병소부위에교정유전자를삽입하는치료제로개발중이다. 발표된초기임상시험결과 'SB-913' 물질자체에대한안전성이확보됐고, MPSII 질병병리학의주요바이오마커인글리코사미노글리칸 (Glycosaminoglycans, GAG) 의수치가감소한것이확인됐다. 하지만체내에넣어준 IDS 유전자발현에따른혈중 IDS 단백질 ( 효소 ) 은검출하지못해아쉬움을남겼다. 이러한임상시험결과에대해전문가들도기대만큼의긍정적인평가를내리진못했다. 우선혈액내농도가증가했을것으로기대했던 IDS 효소수치가특이점이없었다는점이걸림돌이다. 혈중 IDS 값은 SB-913이간세포에서 IDS 유전자교정에성공했다는개념을증명하기위한분명한결과다. 이는유전자교정치료법의개념을충분히입증하지못함을의미한다. 임상시험발표당일상가모테라퓨틱스의주식이 23.6% 하락한것도이러한이유가컸다. 반면긍정적으로평가하는전문가집단은 'SB-913' 가유전자교정치료제개발에첫걸음임을강조했다. 아직초기임상인만큼향후광범위한질환치료에적용할수있는가능성이남았다는것. 실제로 Nature에서는세계최초의생체내유전자편집기반의치료제가비록효능면에서는분명한성과를거두지는못하였지만, 안전성측면에서는검증되었다고긍정적으로평가했다.
02. 과학기술정책및산업동향 출처 : 의학신문 3. 美혈관신경수술 AR 솔루션승인 * 원문보기 : http://www.bosa.co.kr/news/articleview.html?idxno=2090932 실시간혈관흐름등천연색으로보여줘 미국에서레이카마이크로시스템스의혈관신경수술을위한형광증강현실 (AR) 시각화솔루션글로우800이 FDA 승인을받았다. 이는인도시아닌그린 (ICG) 과함께쓰면수술의사에게실시간혈관흐름등뇌의해부적구조와생리를자연적색의증강현실로한번에완전히인식할수있도록보여줘수술을돕는다. 즉, 기존에 ICG 형광제로만혈관흐름을볼경우따로근적외흑백비디오를보기위해수술을잠시쉬면서기억한현미경적해부영상에의지해야만했는데이를극복했다는설명이다. 이는올해출시한디지털증강현실현미경아베오와완전히통합된다. 근적외형광영상과 AR 형광영상의비교
02. 과학기술정책및산업동향 출처 : 동아사이언스 4. AI 신약개발등바이오 헬스신규사업에 324.5 억원 * 원문보기 : http://dongascience.donga.com/news/view/23628 정부가신약개발, 정밀의료등바이오 헬스분야에서신규연구개발 (R&D) 사업을대폭늘렸다. 28일과학기술정보통신부가발표한 2019년도국가연구개발사업예산안 에따르면바이오 헬스분야에서새롭게추진되는주요 R&D 사업은 8개사업, 총 324억5000만원규모다. 여기에는 인공지능 (AI) 신약개발플랫폼구축 (50억원 ) 혁신신약파이프라인발굴 (80억원 ) 오믹스기반정밀의료기술개발 (60억원 ) 정밀의료산업기반구축 (50억원 ) 미래뇌융합기술개발사업 (36억원 ) 등이포함됐다. 신약개발은대표적인고위험 고수익산업분야로, R&D에소요되는막대한시간과비용 ( 평균 1조원 15년) 이국내제약사의글로벌진출에진입장벽으로작용하고있다. 지난해국내제약사의신약출시율은 0.01% 에그쳤다. 정부는 AI 플랫폼을통해불필요한시행착오를최소화하고, 신약개발기간을기존대비절반 (7~8년) 까지단축시킬수있을것으로보고있다. AI 신약개발플랫폼구축사업에는향후 3년간 277억원이투입된다. 오믹스는특정질병에대한다양한생체정보를통칭하는것으로, 유전체와전사체, 단백체, 대사체, 후성유전체, 장내미생물등을아우르는개념이다. 정부는당뇨, 자폐등난치성질환을대상으로오믹스분석을통해새로운바이오마커를발굴하고, 질병의예측 진단가능성을높여환자맞춤형정밀의료서비스를실현한다는목표다. 올해를시작으로향후 5년간 460억원이투입된다. 그밖에도 휴먼플러스 ( 인체증강 ) 융합연구개발 (18억7500만원 ) 방사선안전소재및의학기술개발 (11억원 ) 환자맞춤형의료서비스를위한의사과학자공동연구 (18억7500만원 ) 등사업이새롭게추진된다. 정부가신약개발, 정밀의료등바이오 헬스분야에서신규연구개발 (R&D) 사업에집중투자한다.