알츠하이머병 줄기세포 치료에서 치료 효과를 미리 예측할 수 있는 세포 수준의 생물학적 지표가 세계 최초로 확인됐다.

그간 줄기세포 치료는 공여자특성에 따라 추출된 세포 기능이 제각각 달라 치료 결과 변동성이 크다는 점이 상용화의 가장 큰 한계로 지적돼 왔다. 연구팀은 이번 연구를 통해 치료 효과의 예측 불확실성을 획기적으로 줄일 수 있는 객관적인 생물학적 기준을 제시했다.

가톨릭대학교 여의도성모병원 정신건강의학과 임현국 교수, 서울성모병원 이비인후과 김성원·신경외과 양승호 교수 공동 교신저자 연구팀(제1저자 임정연·이정은 박사, 이민호 교수)은 비염 수술 과정에서 확보된 하비갑개 조직으로부터 분리 배양한 신경능선줄기세포(Neural crest-derived nasal turbinate stem cells, NTSCs)를 정밀 분석했다. 그 결과, 줄기세포 내에 존재하는 뮤즈 세포(Muse cell: SSEA3 및 CD105 단백질 양성 표지자를 가진 세포)의 비율이 알츠하이머병 치료 효능과 밀접하게 연관되어 있음을 확인했다.

먼저, 서로 다른 공여자로부터 얻은 줄기세포를 분석한 결과 뮤즈 세포 비율이 높은 줄기세포일수록 세포 증식 능력과 다분화 능력이 뛰어나고 신경세포 보호에 관여하는 다양한 사이토카인을 분비하는 등 우수한 생물학적 특성을 보였다.

이어, 알츠하이머 모델 생쥐(5×FAD)와 환자 유래 뇌 오가노이드(Brain Organoid: 줄기세포를 3차원으로 배양한 미니 뇌 장기)에 해당 줄기세포를 투여해 치료 효과를 검증했다. 분석 결과, 뮤즈 세포 비율이 높은 줄기세포는 ▲인지 기능 개선 ▲뇌 내 아밀로이드 베타 축적 감소 ▲타우 단백질 과인산화 감소 ▲신경염증 억제 및 신경세포 재생 촉진 등 뚜렷한 치료 효과를 나타냈다. 이는 번거로운 조작을 거쳐 순수한 뮤즈 세포만 분리해 투여했을 때와 맞먹는 수준의 결과였다.

특히 줄기세포를 반복 배양하는 단계에 따라 뮤즈 세포의 비율이 변하는 양상이 관찰됐다. 이는 특정 배양 단계에서 뮤즈 세포의 양을 정확히 분석하는 것이 가장 치료 효과가 우수한 세포 배치를 선별해 내는 핵심 품질 기준이 됨을 시사했다.

임정연 박사(제1저자)는 “공여자에 따른 치료 결과의 변동성 문제를 극복하기 위해 진행한 이번 연구를 통해 뮤즈 세포 비율이 치료 효능을 예측할 수 있는 중요한 지표임을 확인했다”며 “배양 과정 중 특정 단계에서 이 비율을 분석하는 것이 고효능 세포를 선별하는 핵심 기준이 될 것”이라고 밝혔다.

임현국 교수(공동 교신저자)는 “향후 뮤즈 세포 비율 기준과 투여 용량 간의 반응 관계를 규명하는 대규모 추가 연구가 진행된다면, 알츠하이머병을 비롯한 다양한 신경퇴행성 질환에서 줄기세포 치료의 임상 적용 가능성을 한층 높일 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 보건복지부 치매극복연구개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 신경과학 분야 국제 저명 학술지 ‘트랜스레이셔널 뉴로디제너레이션(Translational Neurodegeneration, IF 15.2)’ 2026년 3월호에 게재됐다.

# 알츠하이머병 치료용 신경능선줄기세포 내 '뮤즈 세포(Muse cell)' 비율과 치료 효능 간의 상관관계 모식도.

신경능선줄기세포 내 SSEA3 및 CD105 표지자를 가진 뮤즈 세포의 비율이 높을수록 뇌 내 병리 물질 축적이 억제되고 인지 기능이 향상되는 등 알츠하이머병 치료 효과가 우수함을 보여준다.