파킨슨병 환자의 뇌에서 치료제 개발의 새로운 실마리가 나왔다. 인간 뇌에서 확보한 약 2200만 개 세포핵 데이터를 분석해 신경보호 펩타이드 후보를 발굴하고, 실험을 통해 신경세포 사멸을 억제하는 효과까지 확인한 것이다. 실제 환자의 뇌 조직에서 치료 표적을 찾아 신약개발의 초기 불확실성을 줄이려는 시도라는 점에서 주목된다.

디앤디파마텍이 3일 서울 그랜드 인터컨티넨탈 서울 파르나스에서 ‘디앤디파마텍 R&D Day 2026’을 개최했다. 

이 자리에는 디앤디파마텍 미국 자회사 단일세포 분석 기업 발테드 시퀀싱(Valted Seq)의 공동창업자인 테드 도슨(Ted M. Dawson) 미국 존스홉킨스의대 세포공학연구소장도 참석했다. 그는 '단일세포 유전체학과 AI를 활용한 신경퇴행성 질환 치료 표적·바이오마커 발굴'을 주제로 발표하며 연구 결과와 신약개발 활용 가능성을 소개했다.

이슬기 대표는 개회사에서 “상장한 지 2년이 조금 넘었고, 작은 실험실에서 회사를 시작한 지도 약 12년이 흘렀다”며 “이번 행사는 일반적인 기업설명회(IR)와 다른 방식으로 회사가 걸어온 길과 현재, 앞으로의 비전을 소개하는 자리”라고 말했다. 이어 “기존 대외 IR에서는 접하기 어려웠던 차세대 제품과 향후 개발 계획도 설명할 예정”이라고 밝혔다.

인간 뇌 182개서 세포핵 약 2200만 개 확보…AI 데이터 품질 강조

첫 발표에 나선 도슨 교수는 “많은 신경퇴행성 질환 신약개발 프로그램이 실패하는 이유는 치료 표적이 실제 질환을 앓은 인간 뇌에서 검증되지 않았기 때문”이라고 지적했다.

신경퇴행성 질환은 특정 신경세포와 아교세포에 선택적으로 영향을 미치지만, 기존 뇌 조직 전체 분석은 여러 세포의 유전자 발현 신호를 평균화하기 때문에 세포별 질환 관련 변화를 놓칠 수 있다.

도슨 교수는 신약개발 초기부터 질환에 따른 세포 상태의 변화와 환자군을 구분할 수 있는 지표, 치료 표적의 작용을 평가할 바이오마커를 확보해야 한다고 강조했다.

이러한 분석에서 중요한 것은 데이터의 양뿐 아니라 품질이다. 도슨 교수는 “AI에서 핵심 문제는 모델이 아니라 데이터”라고 말했다. 

여러 연구실에서 생성한 공개 데이터를 결합하면 분석 절차와 장비 차이로 기술적 변동성이 발생한다. 이 경우 AI가 실제 질환의 생물학적 특성보다 데이터 간 차이를 학습할 수 있어 일관된 기준으로 생산한 고품질 데이터가 필요하다.

Valted Seq는 이를 위해 인간 뇌 조직에서 대규모 단일핵 데이터를 확보하고 있다. 연구진은 임상·병리 정보가 확보된 사후 인간 뇌 조직 2500건 이상에 접근할 수 있으며, 현재까지 사후 뇌 182개에서 약 2200만 개 세포핵 규모의 데이터베이스를 구축했다. 분석 대상에는 파킨슨병과 알츠하이머병 등 주요 신경퇴행성 질환이 포함됐다.

사후 뇌 조직은 채취와 보관 과정에서 RNA가 손상되기 쉬워 정확한 분석이 어렵다. 연구진은 이를 해결하기 위해 고효율 단일핵 RNA 시퀀싱 기술 'HiF-snRNA-seq'를 개발했다.

이 기술은 시료 품질지표(SQM)를 활용해 분석에 적합한 조직을 먼저 선별한다. 이후 분해된 RNA에 폴리A 꼬리를 부착해 포획 효율을 높이고, dCas9을 이용해 리보솜 RNA 등 불필요한 서열이 포함된 라이브러리 산물을 제거한다.

실제 대상피질 시료 240건을 평가한 결과, SQM과 고품질 세포핵 수의 상관계수(ρ)는 0.41로 기존 RNA 무결성 지수(RIN)의 0.24보다 높았다. 이를 통해 손상된 사후 뇌 조직에서도 분석에 적합한 시료를 선별하고, 유효한 유전자 발현 데이터를 확보할 수 있음을 확인했다.

파킨슨병 세포핵 205만 개 분석…신경보호 펩타이드 비임상 검증

해당 기술을 활용한 파킨슨병 연구 결과도 공개됐다. 연구진은 대조군과 파킨슨병(PD), 파킨슨병 치매(PDD) 관련 대상피질 시료 240건을 평가해 135건을 선별했다. 최종 분석에 포함된 77건에서 세포핵 205만1894개를 확보했으며, 시료 구성은 대조군 30건, 파킨슨병 21건, 파킨슨병 치매 26건이다.

세포 유형별 분석에서는 파킨슨병과 파킨슨병 치매 환자군 모두에서 성상세포의 상대적 비율이 감소하고, 미세아교세포의 상대적 비율은 증가하는 양상이 나타났다. 질환에 따라 뇌 조직을 구성하는 세포 유형별 비율에 차이가 있다는 것이다.

유전자 발현 양상 역시 병리 진행 정도에 따라 달랐다. 연구진은 타우 병리 진행 정도를 반영하는 브락(Braak) 단계와 유전자 발현의 연관성을 분석했다. 초기 파킨슨병 성상세포에서 확인된 질환 관련 유전자 가운데 57개는 브락 단계 연관 유전자와 겹쳤지만, 232개는 겹치지 않았다. 이러한 차이를 활용하면 동반 타우 병리의 영향과 구별되는 파킨슨병 관련 치료 표적 및 바이오마커 후보를 선별할 수 있다.

실제 신약개발로 연결할 수 있는 신경보호 펩타이드 후보의 초기 비임상 성과도 소개됐다. 해당 펩타이드는 초기 브락 단계에서 발현이 증가하지만, 질환이 진행된 후기 단계에서는 감소하는 양상을 보였다.

연구진은 세포 실험에서 해당 후보의 발현을 높이자 신경세포 사멸이 감소하는 효과를 확인했다. 생쥐 실험에서는 뇌 조직으로의 전달 가능성도 확인했다. 다만 이러한 결과는 후보물질의 뇌 조직 도달 가능성과 세포 수준의 신경보호 효과를 보여주는 것으로, 동물 질환모델에서의 치료 효능이나 사람에서의 약효까지 입증한 것은 아니다.

도슨 교수는 “로봇과 균질한 데이터, AI 모델을 결합하면 연구 가설을 만들고 실험적으로 검증해 연구 방법을 개선할 수 있다”고 전했다.