인간 뇌를 위한 새로운 조절 장치를 만드는 경쟁
화학유전학(chemogenetics)과 DREADD 기술이 이미 중국에서 인간 임상시험 단계에 진입했다는 소식이 전해졌다. 이 기술은 특정 뉴런을 유전자 조작해 설계된 화학물질로 원격적으로 활동을 조절할 수 있게 하는 것으로, 뇌전증, 파킨슨병, 통증 치료에 적용될 수 있다. 약물로 용량 조절이 가능한 유전자 표적 치료법이라는 점에서 차세대 신경과학 치료 기술로 주목받는다.
인간 뇌를 위한 새로운 조절 장치를 만드는 경쟁 — DREADD와 화학유전학 주목, Patrick Mineault, 2026년 9월 2일
화학유전학(chemogenetics)이 인간 임상시험 단계에 들어갔다는 뉴스를 접하고 나는 거의 휴대폰을 떨어뜨릴 뻔했다. 화학유전학은 특정 뉴런을 유전적으로 변형하여, 원래는 비활성 상태인 약물로 원격 조종할 수 있게 만드는 강력한 기술이다. 이 기술의 발명자 중 한 명인 브라이언 로스(Bryan Roth)는 8월 13일 BRAIN Initiative 컨퍼런스 청중에게 중국에서 진행 중인 화학유전학 임상시험 7건을 발견했다고 밝혔다. 이 발표는 업계 언론에서 큰 화제를 불러일으켰다. 우리의 공상과학 같은 기초 신경과학 도구를 인간에게 적용하고 있다! 우리는 생물학을 위한 새로운 조절 장치를 만들고 있다! 뇌전증, 파킨슨병, 통증을 치료할 새로운 방법이 생길지도 모른다!
화학유전학과 DREADD(설계자 약물에 의해서만 활성화되는 설계자 수용체, designer receptors exclusively activated by designer drugs)는 정말 대단한 기술이다. 여러분 중 많은 분이 광유전학(optogenetics)을 알고 있을 것이다. 광유전학은 빛에 민감한 미생물에서 유래한 유전자를 삽입해 뉴런이 빛에 반응하도록 만드는 기술이다. 화학유전학은 정신적으로는 비슷하지만, 뉴런이 설계된 화학물질에 반응하도록 만든다. 합성 수용체 유전자가 뉴런에 발현되면, 해당 뉴런은 설계된 화학물질에 의해 흥분되거나 억제될 수 있다. 이로써 설계자 화학물질을 더 많이 또는 적게 복용함으로써 원격에서 조절하고 용량을 조정할 수 있는 유전자 표적 치료법이 탄생한다.
내가 대학원에 있던 시절 이후로 신경 및 신경퇴행성 질환 치료는 크게 발전했다. 당시에는 근원에서 인간의 뇌에 영향을 주는 세 가지 도구만 있었다. 소분자(예: 플루옥세틴), 전자기(예: DBS, tDCS, TMS, ECT), 그리고 감각 환경의 변화(예: 심리치료)다. 이제는 훨씬 많은 도구가 개발되었다. 펩타이드(예: 오젬픽 같은 GLP-1R 작용제), 항체(예: 편두두통용 항-CGRP 약물), 집속 초음파(제거용 고강도 또는 조절용 저강도) 등이다. 이 논의와 가장 관련이 깊은 것은 치료 효과를 위해 뉴런 자체를 조작하는 다양한 방법들이다. 광유전학(지금까지는 망막에 한정), 화학유전학, 유전자 편집 치료, 세포 치료 등이다. 후자의 방법들은 종류가 다르다. 인간에게서 실제로 뉴런을 변경하거나 새로운 뉴런을 추가하는, 종종 되돌릴 수 없는 방식이기 때문이다.
나는 주변적으로 DREADD 이야기를 따라왔고, 이 기술을 다루는 논문과 임상시험 설명을 파고들면서 많은 것을 배웠다. 이 글에서 나는 DREADD와 화학유전학을 풀어 설명하고, 첫 임상시험들이 무엇을 하고 있는지, 그리고 어떻게 개선할 수 있을지 설명하겠다. 후속 글에서는 경쟁 기술인 중추신경계 세포 치료에 대해 다룰 예정이다.
왜 화학유전학인가? 브라이언 로스는 BRAIN Initiative 회의에서 이 슬라이드를 공유했다. 여러 중국 임상시험 데이터베이스를 검색해 그는 세 가지 적응증(통증, 파킨슨병, 뇌전증)에 대한 7건의 임상시험을 발견했다. 모든 시험이 현재 진행 중인 것은 아니며, 일부는 모집 전 단계다. 환자 수를 합치면 대략 10명 정도다. 그럼에도 중국은 인간 화학유전학을 발전시키기 위한 탄력을 붙이고 있다.
화학유전학은 어떻게 유용할 수 있을까? 진행 중인 시험 중 세 건이 겨냥하는 적응증인 뇌전증을 생각해 보자. 뇌전증 발작은 뇌의 특정 부위에서 국소적으로 흥분이 통제 불능 상태로 달아날 때 일어난다. 조절이 안 되는(즉, 난치성) 뇌전증은 환자의 삶을 심각하게 망칠 수 있다. 발작 중 부상에 노출되고, 운전은 물론 직장을 유지하는 것조차 불가능해질 수 있다. 최악의 경우 난치성 뇌전증은 치명적일 수 있으며, 돌연 예상치 못한 죽음으로 이어질 수 있다.
발작을 멈추는 한 가지 방법은 뇌전증 병소의 전체 활동을 감소시키는 것이다. 하지만 대부분의 치료법은 이를 훨씬 거칠게 수행한다. 즉, 뇌 전체의 활동을 감소시킨다. 예를 들어, 뇌의 모든 GABA 수용체를 강화하는 벤조디아제핀(예: 디아제팜, 발리움)은 급성 발작을 통제하기 위한 1차 치료제로 사용된다. 이들은 내성, 의존성, 심한 졸음을 유발한다. 표적화되어 있지 않은 것이다. 만약 우리가 …(이하 생략, 원문이 여기서 잘림)