혈액뇌장벽에 대한 의미와 개요
생명공학 연구에서 관심 있는 분야 중 하나는 혈액뇌장벽, 즉 BBB 통과 기술입니다. 우리의 뇌는 유해물질로부터 뇌를 보호하는 보호장벽인 BBB(Blood-Brain-Barrier)가 존재합니다. 이 장벽은 뇌를 보호하는 역할을 하지만, 뇌와 관련된 질병을 치료하려면 이 보호막을 침투해야만 합니다. 일반인들은 이 장벽이 몸을 보호해 주는 중요한 장벽이지만, 뇌 질환을 가진 환자에게는 이 장벽이 큰 장애물로 존재하는 것입니다. 뇌질환으로 인해 발생하는 주요 질병은 알츠하이머, 파킨슨, 뇌종양 등 다양한 질병이 있으며, 아직까지 확실한 치료제가 나오지 못한 원인 중 하나가 바로 BBB의 존재입니다. 약물을 개발하더라도 뇌에 전달해 줄 수 있는 경로가 막힌 상태에서는 원활한 치료를 하기 어렵기 때문입니다. 이 BBB를 통과하여 약물을 주입하기 위해서는 물리적인 방법을 사용합니다. 뇌에 구멍을 뚫어 깊숙이 디바이스를 장착하고 주사제를 주입하여 직접 약물을 투여하는 ICV 방법을 사용하고 있습니다. 이 경우에는 약물을 뇌에 주입할 수 있는 직접적인 대안이 되지만, 디바이스에 의한 오염, 면역 반응의 문제, 디바이스를 머리에 계속 연결해야 하는 환자의 고통 등의 여러 문제가 있어 다른 해결책이 시급한 상황입니다. BBB의 구성을 살펴보면, BBB를 구성하는 물질은 대부분 인지질로 이루어져 있으며 뇌모세혈관 내피세포가 BBB에 밀착해서 결합하고 있습니다. 이 주변을 아교세포가 빈틈없이 메우고 있는 밀착구조로 이루어져 있어 약물이 쉽게 내부로 들어갈 수 없는 것입니다. 이런 조건을 극복하고 BBB를 통과시킬 수 있는 기술 개발을 활발히 하고 있으며, 생명공학 연구에 중요한 요소 중 하나입니다.
BBB를 통과할 수 있는 기술
BBB를 통과시키기 위해 수많은 연구개발이 이루어지고 있습니다. 아직까지는 혁신적인 BBB 통과기술이 없는 상황이지만, 여러 기술들에서 그 가능성을 보여주고 있습니다. BBB를 통과하기 위해서는 분자의 크기, 친유성, 전하량 등이 중요한 요소로 작용합니다. 이런 요소에 초점을 맞춰 나노 기술, 초음파 등의 다양한 방식을 활용한 연구가 진행되고 있습니다. 나노 입자 기반의 약물전달 시스템은 BBB 전반적으로 약물을 효율적으로 전달할 수 있는 기술 중 하나입니다. 현재까지 이 기술을 통해 FDA에 승인받은 약물은 MRI 촬영을 위한 조영제 정도만 있으며 아직까지 이 기술과 접목시켜 통과된 약물은 없는 상황입니다. 많은 기업은 자체적으로 BBB를 통과시키는 원천 기술개발에 매진하고 있으며, 이 기술 자체는 BBB를 통과할 수 있더라도 특정 약물과 접합하였을 때, 통과 가능성, 실제 약물의 반응정도, 뇌로 전달되었을 때 부작용 등을 확인하기 위해서는 많은 시간과 노력이 필요한 상황입니다. 또 다른 방식으로는 BBB를 일시적으로 개발할 수 있는 집중 초음파(Focused ultrasound)를 사용하는 방법입니다. 일시적인 BBB 개방으로 약물은 주입하되 BBB에 손상을 주지 않는 것이 기술을 핵심입니다.
BBB의 미래 가치
BBB 통과 기술에 대한 중요성은 뇌질환 치료에 핵심적인 요소입니다. 뇌의 구조는 상당히 복잡하기 때문에 BBB를 통과시키더라도 뇌질환의 정확한 원인을 파악하여 치료할 수 있는 약물도 개발이 되어야 합니다. 현재 뇌질환 중 가장 많은 관심의 대상이 되는 알츠하이머와 파킨슨 병이 그 예입니다. 이 두 질환은 각자 다른 신경퇴행성 질활으로 알려져 있습니다. 알츠하이머는 뇌에 비정상적인 단백질이 축적되는 것인데, 아밀로이드 베타, 타우 단백질이라고 하는 것이 뇌에 축적되어 뇌신경세포를 손상시키고 기능을 저하시키면서 발병한다고 알려져 있습니다. 파킨슨 병은 도파민 생성 세포의 손실과 관련이 있습니다. 도파민은 운동을 조절하는 중요한 신경 전달물질인데, 이 세포의 손상으로 운동 장애가 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 대표적인 뇌 질환 두 가지는 뇌신경세포와 연관이 있기 때문에 치료할 수 있는 약물이 뇌에 직접적으로 작용하는 것이 치료효과가 가장 클 것입니다. 지금까지 알려진 알츠하이머 치료제는 원인을 제거하는 것이 아니라 진행 중인 질병의 증상을 완화시켜 주는 정도의 효과로 알려져 있습니다. 레카네맙, 도나네맙과 같은 알츠하이머 치료제는 아밀로이드 베타를 제거하는 것이 주된 효과이지만 정맥주사를 이용하는 경우입니다. 이런 효과 있는 약물이 BBB를 통과하여 뇌에 직접적으로 영향을 줄 수 있다면 치료제로써 효과가 더 클 것입니다. 2020년 기준으로 전 세계의 알츠하이머 환자는 5천만 명을 돌파했고, 2030년에는 7천5백만 명을 넘어설 것이라는 보고가 있습니다. 알츠하이머 약물일 탑재된 BBB 통과 기술이 수많은 환자를 치료해 줄 수 있기를 기대해 봅니다.