노벨상
노벨상 성과에 투자하기 – 뉴런 및 뇌 구조
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노벨상 역사
노벨상은 세계적으로 권위 있는 상으로, 알프레드 노벨의 유언 에 따라 제정되었습니다. 유언은 물리학·화학·생리학 또는 의학·문학·평화 분야에서 «지난 한 해 동안 인류에게 가장 큰 혜택을 준 사람들»에게 상을 수여하도록 했습니다. 이후 스웨덴 중앙은행이 노벨을 기념하는 경제학상을 제정했습니다. 과학상과 문학상 등은 스웨덴의 관련 기관이, 평화상은 노르웨이 노벨위원회가 선정합니다.
유산에 대한 우려
알프레드 노벨은 화학자이자 발명가, 기업가였으며 다이너마이트와 무연 화약 등 여러 폭발물을 개발했습니다. 다이너마이트 자체를 무연 폭발물로 분류해서는 안 됩니다. 그는 보포르스를 인수해 군수 사업에도 관여했습니다.
형제의 사망을 오인한 신문이 자신을 «죽음의 상인»으로 묘사한 부고를 냈고, 이것이 상 제정의 계기가 되었다는 일화가 널리 알려져 있습니다. 다만 이 이야기를 입증된 유일한 동기로 단정할 자료는 충분하지 않습니다.
노벨상
노벨의 유산은 노벨재단이 관리하며, 투자 수익 등으로 상과 재단 운영을 지원합니다. 수상자는 메달과 증서, 상금을 받습니다. 2024년 분야별 총상금은 1,100만 스웨덴 크로나였으며, 공동 수상자가 있으면 나눕니다.
출처: Britannica
과학상은 공동 또는 병행 연구의 공로를 인정해 여러 사람에게 수여되기도 합니다. 개인 수상자는 한 분야에서 최대 세 명이며, 상금은 정해진 비율로 나뉩니다.
노벨상은 기초 이론부터 실제 응용까지 폭넓은 발견을 기려 왔습니다. 예를 들면 방사능, 항생제, X-레이, PCR과 같은 성과뿐 아니라 태양의 에너지 원천, 전자 전하, 원자 구조, 초유동성등의 기초 연구 성과도 있습니다.
우리 뇌 이해하기
인간의 마음과 동물의 지능은 오랫동안 철학적 논쟁의 대상이었습니다. 실험으로 검증하기 어려웠던 시기에는 다양한 해석과 가설이 제시되었습니다.
현대 신경과학은 이를 측정 가능한 연구 문제로 발전시켰습니다. 뉴런과 전기적 신호 전달이 밝혀지면서 개별 세포의 활동을 행동 및 인지 기능과 연결해 연구할 수 있게 되었습니다.
동물 연구와 실험심리학도 결합되어 뇌 기능에 대한 이해를 넓혔습니다.
노벨상은 관련 성과를 여러 차례 기렸습니다. 예를 들어 2000년 노벨 생리의학상은 신경계의 신호 전달에 관한 발견에, 2021년 상은 온도와 촉각 수용체 발견에수여되었습니다.
이 글에서 다룰 발견은 2014년 노벨 생리의학상을 받은 뇌의 위치 확인 체계를 구성하는 세포입니다. 이 연구는 동물이 공간을 파악하는 데 특정 뉴런의 활동이 관여한다는 것을 보여 주었습니다. 뇌 안에 실제 지도가 그대로 축소되어 들어 있다는 뜻은 아닙니다.
상금의 절반은 존 오키프 에게, 나머지 절반은 마이브리트 모세르 와 에드바르드 모세르에게 각각 4분의 1씩 돌아갔습니다.
출처: 노벨상 공식 사이트
장소 감각은 어떻게 생기는가
실험심리학자 에드워드 톨먼은 동물이 환경의 공간적 관계를 학습한다는 «인지 지도» 개념을 제시했습니다. 이는 장소와 사건을 연결하는 내부 표상에 관한 생각이었습니다.
톨먼은 1948년 동물의 행동을 관찰하며, 단순한 자극·반응의 연결만으로는 설명하기 어려운 공간 학습을 인지 지도라는 개념으로 설명했습니다.
이 가설을 세포 수준에서 연구하려면 움직이는 동물의 뇌 활동을 측정하는 기술이 필요했습니다.
생리심리학을 공부한 존 오키프는 1960년대 말부터 미세 전극을 이용해 쥐의 움직임과 위치에 따른 뇌 뉴런의 활동을 기록했습니다.
출처: Research Gate
이 방법은 동물이 자유롭게 움직일 때의 세포 활동을 기록하여, 행동과 신경 활동의 관계를 연구하는 데 유리했습니다.
오키프는 제한된 과제나 엄격한 자극·반응 실험을 넘어 자연스러운 공간 탐색 중의 해마 활동을 분석했습니다.
그 결과 기억 형성에 중요한 해마에서 «장소 세포»로 불리는 뉴런을 발견했습니다.
출처: 노벨상 공식 사이트
해마와 장소 세포
1950년대의 임상 사례 등은 해마를 포함한 내측 측두엽 구조가 새로운 기억 형성에 중요함을 보여 주었습니다. 기억은 해마 한 곳에만 저장되는 것이 아니라 여러 뇌 영역과 관련됩니다.
해마를 포함한 부위가 손상된 환자는 새로운 일화 기억 형성에 심각한 어려움을 보일 수 있지만, 오래된 기억이나 일부 학습 능력은 상대적으로 보존되기도 합니다. 런던 택시 운전사 연구에서는 길 찾기 경험·학습과 해마 특정 부위의 구조 사이의 관계가 관찰되었습니다. 해마 전체가 일률적으로 커진다는 뜻은 아닙니다.
오키프는 동물이 특정 장소에 있을 때 발화가 증가하는 세포를 발견했습니다. 단일한 색이나 먹이 자극에 대한 반응만으로는 설명되지 않았으며, 환경 속 위치와 관련된 활동을 보였습니다.
장소 세포는 특정 환경에서 하나 이상의 장소장에 반응할 수 있습니다. 여러 세포의 활동 패턴이 위치를 나타내며, 환경이나 경험에 따라 그 패턴이 바뀔 수 있습니다.
장소 세포에 대한 추가 발견
오키프는 새로운 환경에서 장소 세포의 발화 패턴이 재구성되는 현상도 발견했습니다. 익숙한 환경에서는 패턴이 다시 나타날 수 있어, 공간 경험과 기억의 세포적 기반을 연구하는 계기가 되었습니다.
이후 연구는 장소 세포와 연결된 다른 세포 유형을 밝혀 공간 기억에 대한 설명을 확장했습니다.
공간을 나타내는 뇌의 격자
장소 세포의 발견은 해마에 관심을 집중시켰습니다. 해마에 중요한 입력을 보내는 내후각피질도 연구 대상이 되었으며, 마이브리트 모세르와 에드바르드 모세르는 이 영역의 활동을 조사했습니다. 내후각피질을 단순히 뇌의 등쪽 가장자리에 있는 구조라고 설명하는 것은 부정확합니다.
출처: Bright Focus
연구진은 내후각피질에서 장소 세포와 다른 공간 반응 양식을 보이는 «격자 세포»를 발견했습니다.
격자 세포의 육각형 발화 패턴
격자 세포는 동물이 이동하는 공간의 여러 지점에서 반복적으로 발화하며, 그 장소들이 규칙적인 삼각 격자 또는 육각형 배열을 이룹니다. 세포 자체가 뇌 안에서 육각형으로 배치되어 있다는 뜻은 아닙니다.
출처: 노벨상 공식 사이트
내후각피질의 공간 표상에는 격자 세포 외에도 머리 방향 세포와 경계 세포 등이 관여합니다. 일부 세포는 위치와 방향 같은 여러 정보를 함께 나타냅니다.
머리 방향 세포는 머리가 특정 방향을 향할 때 활발해져 나침반과 비슷한 역할을 합니다. 경계 세포는 특정 경계에 가까운 위치에서 반응하며, 단순히 벽에 부딪힐 때만 켜지는 것은 아닙니다.
이들 공간 관련 세포가 포함된 내후각피질 회로는 해마와 연결되어 위치 정보 처리에 기여합니다.
후속 연구는 장소 세포와 격자·방향·경계 신호가 상호작용하는 복잡한 공간 표상 체계를 보여 주었습니다. 이를 격자 세포가 장소 세포를 일방적으로 켜는 단순한 2층 좌표계로만 설명하기는 어렵습니다.
출처: 노벨상 공식 사이트
다른 동물과 인간에서도 발견되는 공간 표상
초기 연구는 주로 쥐를 대상으로 했지만, 다른 포유류와 인간에서도 관련된 공간 표상에 대한 증거가 축적되었습니다.
2003년에는 인간에게서 장소와 관련된 세포 활동이 보고되었고, 2010년에는 기능적 MRI로 격자와 유사한 신호가 관찰되었습니다. 2010년 결과를 개별 격자 세포의 직접 기록과 혼동해서는 안 됩니다. 해마·내후각피질 회로는 포유류 사이에서 널리 보존되어 있으며, 다른 척추동물에서도 관련 구조가 연구됩니다.
장소 경험과 관련된 세포 활동의 순서가 수면이나 휴식 중 다시 나타나는 «재생» 현상도 관찰됩니다. 이는 기억 공고화와 관련된 것으로 연구되지만, 기억이 보존되는 유일한 기전은 아닙니다.
이 발견들은 공간 기억과 위치 정보 처리의 세포·회로 수준 기반을 이해하는 데 중요한 토대를 제공합니다.
응용 분야
복잡한 뇌 기능 이해하기
뇌는 구조와 활동이 복잡하고, 혈액뇌장벽은 많은 약물이 뇌 조직에 도달하는 것을 제한합니다. 신호에는 전기적 활동뿐 아니라 신경전달물질, 조절물질, 세포 내 화학 신호 등도 관여하므로, 화학 작용이 시냅스에만 한정된다고 볼 수 없습니다.
예를 들어 블랙홀 연구로 노벨상을 받은 로저 펜로즈는양자 과정이 의식에 관여한다는 가설을 제시합니다. 그러나 미세소관 관련 분자 구조의 양자 광학 효과에 관한 연구가 그 가설을 입증한 것은 아닙니다.
기억·의식·지각의 기전을 더 잘 이해하면 치료 표적을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 다만 모든 치료가 이들 기능의 완전한 설명을 먼저 필요로 하는 것은 아닙니다.
임상적 필요
기억 장애와 공간 인지 저하는 알츠하이머병을 비롯한 여러 신경퇴행성 질환에서 중요한 증상입니다. 동물 모델에서는 장소 세포 활동의 이상과 공간 기억의 저하가 함께 관찰되었습니다. 이는 단순히 세포 수가 줄어드는 현상만을 뜻하지 않습니다.
해마를 포함한 기억 회로가 알츠하이머병에서 영향을 받으므로, 그 기전을 연구하면 새로운 치료 접근을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.
신경과학 관련 분야에 투자하기
인구 고령화와 함께 신경계 질환의 진단과 치료에 대한 수요가 커지고 있습니다. 신경과학은 기초 생물학과 임상의학이 만나는 중요한 연구 분야입니다.
관련 치료 개발에 대해서는 「차세대 주요 치료제: 신경계 질환 치료」에서 더 자세히 다룹니다.
뇌-컴퓨터 인터페이스도 연구되는 분야입니다. 일론 머스크가 공동 설립한 Neuralink의 뇌 이식 장치는 그 예이며, 이 기술이 모든 신경계 질환을 치료한다는 뜻은 아닙니다.
출처: Neuralink
관련 기업에 투자할 수 있는 증권사를 검토하려면 securities.io의 국가별 안내를 참고할 수 있습니다: 미국, 캐나다, 호주, 영국, 및 기타 여러 국가.
여러 기업에 투자하는 펀드를 검토하려면, 2024년에 소개된 ETF인 iShares Neuroscience and Healthcare ETF (IBRN)또는 Tema Neuroscience and Mental Health ETF (MNTL)등이 있습니다. 여러 종목을 보유하더라도 특정 산업에 집중된 위험이나 손실 가능성이 사라지지는 않습니다.
신경계 치료 및 연구 관련 기업
1. BrainStorm Cell Therapeutics
BCLI 가격 차트
신경계 질환 연구에는 약물뿐 아니라 세포 치료도 포함됩니다. 환자에게 세포를 투여하는 접근이 곧 손상된 뇌의 뉴런을 직접 교체한다는 뜻은 아닙니다.
BrainStorm Cell Therapeutics는 신경계 질환을 대상으로 자가 세포 치료 플랫폼을 개발해 왔습니다.
회사의 자가 세포 기술 플랫폼 NurOwn®은 환자의 골수에서 얻은 중간엽 줄기세포를 체외에서 증식·처리하여 신경영양인자를 분비하도록 유도합니다. 이를 뉴런으로 바꾸어 이식하는 치료라고 설명하는 것은 부정확합니다. 또한 전체 제조·치료 과정이 7일이면 끝난다고 단정할 수 없습니다.
자가 세포를 이용하면 면역학적 불일치의 위험을 줄일 수 있지만, 제조·투여 과정의 위험이나 이상반응이 완전히 사라지는 것은 아닙니다.
주요 임상 개발 대상은 근위축성 측삭경화증(ALS)이며, 다발성 경화증에서도 연구가 진행되었습니다. 알츠하이머병·파킨슨병·헌팅턴병·자폐스펙트럼장애 모두에 임상 효능이 입증된 것은 아닙니다.
ALS 대상 기존 3상 시험은 전체 집단에서 주요 평가변수의 통계적 유의성을 충족하지 못했습니다. 2024년에는 추가 3상 시험 계획이 논의되었으며, NurOwn은 승인된 치료제가 아니었습니다. 일부 하위집단 분석과 바이오마커 결과는 추가 연구의 근거로 제시되었습니다. 그러나 이를 조기 사용의 효과가 확정되었거나 신속한 승인이 보장된다는 의미로 해석해서는 안 됩니다.
장소·격자·경계 세포처럼 특수한 뉴런을 재생하는 치료는 장기적인 연구 구상으로 볼 수 있습니다. NurOwn이 이 세포들을 재생한다고 임상적으로 입증된 것은 아닙니다.
2. BICO Group AB (BICO.ST)
뇌 오가노이드와 배양 신경 조직은 세포가 치료 후보에 어떻게 반응하는지 연구하는 모델입니다. 완전한 사람의 뇌를 재현하는 것은 아닙니다.
관련 기법과 발전은 「오가노이드 지능을 향한 의미 있는 진전」에서 다룹니다.
2024년에 발표된 연구에서 위스콘신–매디슨 대학교 연구진은 기능하는 사람 뇌 조직을 3D 프린팅했습니다. 연구에는 Cellink 바이오프린터가 사용되었습니다. 이는 신경과학 연구에 활용할 가능성을 보여 주지만, 완전한 뇌나 더 복잡한 뇌 오가노이드를 출력했다는 뜻은 아닙니다.
출처: Cellink
Cellink 그룹은 Cytena 를 2019년에, Scienion 을 2020년에 인수한 후 2021년 BICO로 이름을 바꿨습니다.
Cellink는 바이오프린팅 사업의 브랜드로 남았습니다. 이 분야에서는 프린팅 기술로 3차원 조직 모델 등을 제작합니다. (관련 내용은 「사람의 장기 3D 프린팅: 얼마나 현실적인가」에서 확인할 수 있습니다.)
바이오프린팅은 약 5분의 1 의 매출을 차지했으며, 이는 기사에 인용된 당시 회계기간의 비율입니다. 생명과학 자동화 부문은 5분의 3 이상 의 매출을 차지했습니다. 그룹의 사업 구성은 시간에 따라 달라질 수 있습니다.
출처: BICO Group AB
장 교수 연구팀의 성과는 이 장비가 신경과학 연구에 활용될 가능성을 보여 줍니다. 다른 공급업체도 있으며, 한 연구 결과만으로 상업적 우위를 단정할 수 없습니다.
장기적으로 바이오프린팅 기업은 연구 도구 공급을 넘어 제약사의 치료제 개발에 참여할 수도 있습니다. 이는 장비와 소모품 수요를 바꿀 가능성이 있지만, 연구 진전과 임상 개발에 달려 있습니다.
유전체 분석 장비 제조사 등 다른 실험실 장비 기업에서도 소모품은 반복 매출의 원천입니다. 예를 들면 PacBio (PACB)와 Illumina (ILMN) 등이 있습니다. 매출 비중은 기업과 기간에 따라 달라지므로 두 회사 모두에 일률적으로 80%를 적용할 수는 없습니다.
