1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

본 연구는 임상급 MSC-EVs에 BDNF-증강 신경 펩타이드를 비파괴적 방법으로 탑재하여, 비강 투여 시 뇌로 효율적으로 전달되고 뇌졸중 모델에서 강력한 신경 재생·신경 보호 효과를 입증했음을 보고한 연구입니다. MSC-EVs (Mesenchymal Stem Cell-derived Extracellular Vesicles)는 신경 재생 및 보호 능력을 갖춘 차세대 치료제로 주목받고 있으며 BDNF (Brain-Derived Neurotrophic Factor) 발현을 촉진하는 단편 신경 펩타이드를 EV에 탑재하면 뇌질환 치료 효과를 증대시킬 수 있을거라는 가능성으로 시작된 연구였습니다. 기존의 단백질 기반 BDNF 전달은 거대 단백질 탑재라는 부담과 효율적 로딩과 안정성 문제로 한계가 존재하기 때문입니다. 따라서 본 연구팀은 임상급 생산 공정에서 MSC-EVs를 대량 제조하고, 비파괴적(passive incubation) 방식으로 신경 펩타이드를 안정적으로 탑재, 비강(intranasal) 투여를 통해 BBB를 우회하는 뇌전달 및 치료 효과를 검증고자 하였습니다. 

본 연구팀이 속한 ㈜에스엔이바이오 라는 회사는 국내 최초로 환자 대상 임상 승인을 허가 받은 기업으로 3D 바이오 프로세싱으로 GMP급 줄기세포 유래 EV를 생산하여 질환별 환자 맞춤 치료제를 개발하고 있습니다. 우리는 환자 적용이 가능한 EV에 다양한 로딩 방식별 비교를 통해 약물탑재는 효율적이고 EV은 비파괴적인 탑재법을 찾으려 했습니다. 고분자 단백질(BDNF full length)의 경우는, 능동 (Active) 로딩은 효율이 높지만 EV 안정성의 손상이 있었기에 최종 탑재법으로 선정되지 못했습니다. 반면 짧은 단편 신경 펩타이드(2-3 a.a)는 수동 (Passive) 로딩으로 EV의 안정성을 유지하면서 효율적 캡슐화가 가능했습니다. 우리는 탑재 이후 EV의 특성 분석을 위해 TEM, Cryo-EM, NTA, STORM 초해상도 현미경, Western blot, ELISA. 형광 Tag 분석법을 통해 다각도로 EV의 약물 탑재율, 안정성을 측정하고자 하였습니다. 이후 효능 평가로는 in vitro (세포 신경분화, 분화능), ex vivo (뇌 slice culture, 세포 사멸 보호능), in vivo (광혈전증 뇌졸중 마우스 모델, MRI 분석) 평가를 수행하였습니다. 

주요 결과로는 NP-8 신경펩타이드가 BDNF 발현 촉진 및 신경 재생 효과에서 최적 후보로 선정되었고, MSC-3D- EV에 탑재한 치료제는 줄기세포 유래 EV의 특성을 보존한 EV 구조와 마커를 유지하며, 그로 인해 신경 세포의 분화, 재생능의 탁월한 효능을 보존하였습니다. 나아가 세포 내 흡수 및 CREB 인산화를 촉진하여 BDNF 발현의 증가를 유도하였고 이는 본래 펩타이드가 지니는 능력 이상으로 EV에 의한 DDS 능력이 증가되어 그 발현 강도도 증가된 것으로 보입니다. BDNF의 발현이 증가됨에 따라 신경 돌기 성장, 신경 세포 생존, 신경 재생 효과 강화되었고 비강 투여를 통해 BBB (혈뇌장벽)를 우회하여 후각구, 전두엽, 해마까지 도달하였습니다. 특히 마우스 뇌졸중 모델에서 뇌경색 부위 감소, 신경 보호 및 재생 효과를 보였습니다. 이는 국내 최초로 환자 적용이 가능한 MSC 유래 EV의 펩타이드 약물을 탑재함으로서 뇌졸중 및 신경질환에 임상 적용 가능성이 있는 차세대 신경재생 치료제임을 입증한 결과입니다. 물론 연구 개발 단계에서 가능성을 확인한 단계일뿐 CMC 조건을 충족하기 위한 노력은 계속 되어야 할것입니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

㈜ 에스엔이바이오는 2019년 삼성서울병원에서 스핀오프한 바이오벤처로, 핵심 기술 분야로 줄기세포 유래 EV (Extracellular Vesicle, EV 또는 Exosome) 기반 치료제를 개발하며, 특히 신경계 질환을 중심으로 연구하고 있습니다. 특히 3차원 스페로이드 배양법 기반으로 EV 내 치료 유효 성분이 농축되고 생산 효율이 향상된 기술을 확보했으며, 해당 플랫폼을 바탕으로 GMP 대량 생산 공정을 구축하고, CMC (제조·품질관리) 기준을 충족하여 배치 간 균일성과 효능, 안전성을 확보함으로써 식약처 임상 승인 기반을 마련했습니다 주요 연구 현황으로는 급성 뇌경색(뇌졸중) 치료제로 임상 승인을 2025년 4월 17일, 국내 최초의 EV 기반 급성 뇌경색 치료제인 SNE-101에 대해 식품의약품안전처(MFDS)가 임상 1b상 시험계획(IND)을 승인했습니다 이는 전임상 성과로는 설치류(rodent)와 함께 영장류(non-human primate) 모델에서 손 기능 회복, 신경 회로 재형성 등 유의미한 효과를 확인했습니다 다중 적응증 확장으로는 급성 뇌경색 외에도 알츠하이머병, 파킨슨병, 모야모야병 등 다양한 중추신경계(CNS) 질환으로 연구 범위 확대를 추진 중입니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

EV는 차세대 약물로딩/ 전달 플랫폼으로 주목받는 이유는 생체내 나노 운반체라는 점에서, 합성 나노 입자 (LNP·고분자·무기체)로는 동시에 만족시키기 어려운 표적성· 투과성· 안전성· 실무적 확장성을 극복할 다각적 장점을 지닌 치료제 가능성을 지니기 때문입니다. 따라서 EV는 생체 친화적이고 세포내 전달 메커니즘을 자연적으로 지니고 있기 때문에 다양한 약물의 호환성과 적재 기술만 개발된다면, 충분한 DDS 시스템으로서의 강점을 지닐 것으로 예측됩니다. 다만 EV가 연구 개발, 상용화 단계에 이르는 역사은 그리 길지 않습니다. 또한 우리가 분석, 사용하는 장비들의 수준도 그 기술을 따라오지 못하고 있습니다. 따라서 EV를 분석하는 장비들은 대부분 세포나 조직의 수준에 머물러 있습니다. 그러나 EV는 nm 사이즈의 아주 작은 나노 베지클로 기존 세포, 조직 분석용 장비로는 분석의 한계가 있습니다. 따라서 EV의 특성 분석, 탑재 과정 이후 약물의 탑재, 안정성 분석 단계에 이르는 모든 분석 과정의 한계점을 느끼며 실험상의 어려움을 체감하였습니다. 이는 기존에 제가 경험하였던 수많은 연구, 실험 경험과는 다르게, 세포와 조직 수준으로도 관찰이 어려운 EV를 분석하며 한발 한발 새로운 미지의 땅을 내딛는 기분이었습니다. 그럼에도 국제 엑소좀 기준 MISEV 에 도달하는 기준 항목들을 채워 나가고자 노력하였고, 이러한 과정을 통해 임상 적용 가능 치료제 등급에 도달하도록 노력해 나가고 있습니다. 향후엔 제조, 품질 표준화를 위해 기술력이 정립되어 나가야 할 필요성이 있습니다. 앞으로도 모두가 해결해 나갈 부분들을 고민하며 또 하루 하루 연구에 정진해야 할 것입니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

세포 공학을 연구하려는 후배들에게 하고싶은 말은 이 학문은 연결의 과학이라는 점입니다. 아이작 뉴턴의 명언대로 “What we know is a drop, what we don’t know is an ocean.” - Isaac Newton , 우리가 아는 것은 한 방울, 모르는 것은 바다라는 말처럼 EV는 세포 공학 분야에서도 앞으로도 개발, 연구해 나가야 할 분야가 많이 남겨져 있습니다. 특히 세포공학은 분자적 수준의 세포 연구를 통해 조직과 개체를 이루고 이를 통해 유기적으로 연결된 시스템 공학이란 점입니다. 따라서 기초 연구 개발과 임상, 산업화를 하나로 연결하는 긴 호흡으로 연구 개발할수 있는 인재가 되려면 세포 공학은 유기적인 시스템 공학이란 점의 특징을 잊지 말고 다분야에 걸친 경험과 연구력을 갖춰 나가야 한다는 점입니다. 또한 성실과 근성입니다. 다들 연구를 잘하는 힘을 “아이디어”를 말하지만, 연구를 끝까지 밀어 올리는 건 성실과 근성입니다. 성실은 데이터를 사실과 방법에 정직하게 묶어두는 힘, 근성은 불확실성과 지루함을 끝까지 견디게 하는 추진력입니다. 재능이 시작을 빠르게 한다면, 성실과 근성은 완료를 보장합니다. 속도가 아니라 가속도, 초반엔 느려 보여도, 오류가 누적되지 않아 후반부에 폭발적 진도를 냅니다. 개인 연구를 팀의 자산으로, 성실은 주변 사람들의 에너지를 이끌어내는 영향력이 됩니다. 특히 다분야를 아우르는 큰 프로젝트는 우수한 크루, 멤버를 꾸려나가야만 가능합니다. 성실함과 근성을 지닌 팀웍과 크루를 꾸려간다면 안정적인 연구 방향으로 나가갈수 있고 보람있는 성과물로 모두가 성취감을 이루는 기회조차 맞이할수 있을 것입니다. 성실과 근성으로 끊임 없는 도전과 고민을 반복한다면 여러분도 그 분야의 전문가가 되어 있을 것이고 그 과정 조차 매우 즐겁고 보람된 시간이 될 것이라고 생각됩니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

향후에는 정밀 표적화가 약물 개발의 최우선이 되어야만 할 것 입니다. 예를 들면 CNS와 같은 치료제 도달이 어려운 질환, 종양 미세환경과 같은 homming 능력을 요하는 질환의 극복을 위해서는 정밀 표적화 기반의 EV 치료제 개발이 필요로 될 것입니다. 또한 임상 CMC와 규제를 고려하여 막 손상 최소· 제조법과 단순성이 중요한 고려 사항이 될 것이며, 막 안정성·표지 유지성 QC 단계를 필수로 하는 로딩법의 개발이 개발되어야 합니다. 이는 배치간 균일성 있는 탑재, 안정성 시험의 표준화가 반드시 필요로 되는 임상 준비 개발 공정이 되도록 개발하고 표준화하려는 노력이 수반되어야 합니다. 이런 부분에 주안점을 두고 연구 개발 목표를 삼고 연구 개발에 정진하려고 합니다.