HDBuzz 2012년 수상작: HD(헌팅턴병)을 위한 뇌심부 자극술

뇌에 전기 펄스를 방출하는 미세 전극을 이식하는 시술인 뇌심부 자극술은 무서운 공상 과학 영화에서나 나올 법한 이야기처럼 들립니다. 하지만 이 공상 과학 같은 치료법은 HD 환자의 무도병으로 알려진 통제 불가능한 움직임 증상을 줄이는 데 유용할 수 있습니다.

듀크 대학교의 멜리사 크리스티안슨이 작성한 이 글은 HDBuzz 2012년 젊은 과학 작가상 수상작입니다. 500파운드의 상금을 받고 저희 정규 작가팀에 합류한 멜리사에게 축하를 전합니다.

무도병: 헌팅턴병의 주요 증상

헌팅턴병(HD)의 가장 두드러진 특징 중 하나는 무도병으로 알려진 통제 불가능한 근육 움직임이 점진적으로 나타나는 것입니다. 무도병은 문자 그대로 ‘춤추다’라는 의미이지만, 이 가벼운 정의는 HD 환자에게 미치는 실제 영향을 가리고 있습니다. 무도병은 일상생활을 방해할 수 있으며, 어떤 경우에는 건강과 독립성을 위협할 수도 있습니다.

과학자들은 무도병이 뇌의 특정 부분인 선조체(striatum)의 뇌세포 사멸로 인해 발생한다고 믿습니다. 일반적으로 선조체의 세포는 교향곡의 지휘자처럼 작용합니다. 뇌의 각 부분(특히 움직임과 관련된 부분)의 활동 수준을 신중하게 조절하여 명확하고 조화로운 결과를 만들어냅니다. 하지만 HD에서 선조체 세포가 죽으면 뇌의 교향곡은 지휘자를 잃게 됩니다. 지휘자 없는 오케스트라의 음악이 불협화음이 되는 것처럼, 선조체의 신중한 균형 조절 없이는 뇌 활동도 조화를 잃게 됩니다. 결과적으로 뇌의 나머지 부분에 남아있는 세포들은 새롭고 불균형한 활동 패턴을 만들어내어 무도병의 통제 불가능한 움직임을 유발합니다.

하지만 연구자들은 현재 뇌심부 자극술 또는 ‘DBS’라고 알려진 특별한 시술이 이러한 불균형한 패턴을 방해하고 HD의 무도병을 줄일 수 있을지 연구하고 있습니다.

뇌심부 자극술: HD 뇌를 위한 리셋 버튼?

뇌심부 자극술은 정말 공상 과학 영화에서나 나올 법한 이야기처럼 들립니다. DBS 시술 시, 의사들은 뇌의 특정 부분(움직임을 제어하는 부분 등)에 미세 전극을 이식하여 이 전극들이 주변 뇌 영역으로 미세한 전기 펄스를 보낼 수 있도록 합니다. 하지만 전기가 뇌세포가 소통하는 언어임에도 불구하고, 이 전극들은 주변 뇌세포와 정중하게 대화하려 하지 않습니다. 오히려 그들은 주변 뇌세포에게 “조용히 해!”라고 소리치는 것과 같은 역할을 합니다!

과학적으로, 전극에서 흘러나오는 전기가 주변 뇌세포에서 오는 신호를 침묵시킬 것이라는 생각입니다. 이러한 침묵화는 선조체에서 ‘지휘자’를 잃어 무도병을 유발하는 불균형한 활동 패턴을 보내는 HD 뇌 영역에서 매우 유용할 수 있습니다. 어떤 의미에서는 전극이 볼링장의 리셋 버튼처럼 작용하여, 의사들이 뇌세포가 설정한 혼란스러운 뇌 활동 패턴을 중단시키고 무도병 움직임을 멈출 수 있게 할 것입니다.

HD와의 싸움에서 뇌심부 자극술

전 세계 과학자들은 이제 헌팅턴병 환자를 치료하기 위해 뇌심부 자극술을 어떻게 사용할지 연구하기 시작했습니다. DBS로 성공적으로 치료받은 파킨슨병 환자에 대한 이전 연구를 바탕으로, 이 과학자들은 뇌심부 자극술이 HD 환자의 무도병, 운동 협응, 독립성, 기능적 능력 등을 개선하는지 여부를 시험하기 시작했습니다.

이 연구는 주로 초기 단계에 머물러 있지만, 지난 10년간의 연구 결과는 대체로 유망합니다. 지금까지 발표된 6건의 환자 사례 연구 모두에서 DBS 치료 후 HD 환자의 무도병이 개선되었습니다. 이 연구들 중 다수는 DBS 치료 후 HD 환자의 운동 협응, 독립성, 기능적 능력 또한 개선되었음을 언급했습니다. 마지막으로, 이 연구의 환자들은 뇌심부 자극술로 인한 부정적인 부작용이 거의 없었으며, 어떠한 부작용도 뇌심부 자극술 시술의 세부 사항을 조정함으로써 일반적으로 제거될 수 있었습니다.

세부 사항이 중요합니다.

하지만 이러한 유망한 연구 결과에도 불구하고, 연구자들은 HD 환자에게 뇌심부 자극술을 수행하는 최적의 방법을 확실하게 설명하기 전에 아직 많은 연구를 해야 합니다. 예를 들어, 전극을 정확히 어디에 배치해야 HD 환자의 의도하지 않은 무도병 움직임을 가장 잘 방해하면서도 의도적인 정상적인 움직임은 방해하지 않을지 찾아야 합니다. 전극에서 나오는 전기 신호의 강도 또한 중요합니다. 너무 낮은 신호는 무도병에 아무런 영향을 미치지 않지만, 너무 높은 신호는 주변 뇌세포 손상이나 발작과 같은 위험한 결과를 초래할 수 있습니다. 놀랍지 않게도 (지구상의 모든 사람이 고유한 뇌를 가지고 있기 때문에), 이 두 매개변수 모두 개인마다 다르게 나타나는 것으로 보입니다. 따라서 뇌심부 자극술이 임상에서 실행 가능하고 일관된 치료 옵션이 되기까지는 아직 갈 길이 멀습니다.

또한, 이러한 초기 유망 연구의 결과는 여러 방법론적 이유로 매우 신중하게 해석되어야 합니다. 첫째, 과학자들은 매우 적은 수의 HD 환자에게서만 뇌심부 자극술을 연구했습니다. 이렇게 적은 수의 사람들을 기반으로 일반적인 결론을 내리는 것은 위험합니다. 예를 들어, 만나는 다음 여섯 명의 키를 조사하여 평균을 계산한다고 가정해 보세요. 이 숫자가 정말 평균적인 사람의 키를 나타낼까요? 농구 코트에서 조사를 한다면 분명 아닐 것입니다! 따라서 위에서 설명한 긍정적인 효과가 실제적이며 HD 인구 전체에 일반적으로 적용되는지는 아직 결정되어야 합니다.

둘째, 지금까지 보고된 대부분의 연구는 DBS 치료를 받은 HD 환자를 치료 후 짧은 기간(수개월에서 수년) 동안만 추적 관찰했습니다. 처음에는 훌륭했지만 나중에는 효과가 없거나 심지어 해로워지는 연구 치료법의 사례가 많습니다. 슬플 때 초콜릿이 얼마나 기분을 좋게 하는지… 그리고 M&M’s 한 봉지를 다 먹고 나면 얼마나 기분이 나빠지는지 생각해 보세요. 따라서 DBS가 처음에는 무도병을 개선하더라도, 더 오랜 기간 치료받은 환자에게 계속 효과적일지는 확실하지 않습니다.

또 다른 어려움은 실용성입니다. DBS는 섬세하고 표적화된 뇌 수술을 포함하며, 이는 항상 까다롭기로 악명이 높습니다. 하지만 뉴런 사멸로 인해 점진적으로 크기가 줄어든 뇌 영역을 수술할 때는 합병증 발생이나 목표 지점을 놓칠 위험이 훨씬 더 높습니다. 이는 DBS가 HD 환자를 위한 ‘일상적인’ 치료법이 될 수 없음을 의미합니다.

마지막으로, 환자 사례 연구의 특별한 문제점은 종종 성공적인 사례 연구, 즉 환자가 개선된 연구만이 발표된다는 것입니다. 이는 과학 출판에서 새로운 경향이 아닙니다. 예를 들어, 토마스 에디슨은 전구를 발명하지 못한 처음 1,000가지 방법을 발표하지 않고, 최종적으로 성공한 시도만을 발표했습니다. 따라서 위에서 논의된 대체로 긍정적인 연구 결과는 실제로 수행된 DBS 연구에 대한 완전한 설명이 아닐 수 있습니다.

결론은

이러한 모든 주의 사항을 고려할 때, 뇌심부 자극술은 헌팅턴병과의 싸움에서 실제로 무엇을 의미할까요? 첫째, DBS는 뇌세포 사멸을 막지 못하므로 HD를 결코 치료할 수 없다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 뇌심부 자극술이 무도병을 줄이는 데 효과가 있더라도, HD는 여전히 매우 현실적이고 매우 불치병으로 남을 것입니다.

하지만 뇌심부 자극술은 헌팅턴병 증상, 특히 무도병에 대한 치료법으로서 잠재력을 가질 수 있습니다. DBS를 사용하여 HD와 관련된 통제 불가능한 움직임을 줄이거나 예방하는 것은 단순히 완화 조치가 아니라, 질병 발병 후 HD 환자들이 건강과 독립성을 유지하도록 도움으로써 영향을 받은 HD 환자들의 기능적 기대 수명을 연장할 수 있습니다.

이러한 목표를 염두에 두고 과학자들은 헌팅턴병의 잠재적 치료법으로서 뇌심부 자극술을 어떻게 가장 잘 적용할 수 있을지 계속 연구할 것입니다.

자세히 알아보기

• 2012년 ‘운동 장애(Movement Disorders)’ 저널에 실린, 무도병 치료를 위한 DBS(뇌심부 자극술) 사용을 요약한 리뷰 논문 (오픈 액세스)