초록 ▼

연구의 목적 및 내용
< 연구 개발 목표 >
- 산발성 알츠하이머병 환자 시료 확보 및 임상 특성 규명 (ApoE4 동형접합 알츠하이머 환자 시료 5건, 이형 접합 3건, ApoE4 음성 환자 3건, 정상 대조군 2건)
- 환자유래 유도만능줄기세포 제작 및 이의 분화를 통한 질병모델 신경세포주 확보 (ApoE4+/+ 5종, +/- 3종, -/- 3종, 정상 대조군 2종)
- 세포주 특성 확인을 통해 스크리닝 용 대표 세포주 1종 이상 선정
- 표현형 기반 대용량 고효율 스크리닝 (HCS) 조건 확립

연구의 목적 및 내용
< 연구 개발 목표 >
- 산발성 알츠하이머병 환자 시료 확보 및 임상 특성 규명 (ApoE4 동형접합 알츠하이머 환자 시료 5건, 이형 접합 3건, ApoE4 음성 환자 3건, 정상 대조군 2건)
- 환자유래 유도만능줄기세포 제작 및 이의 분화를 통한 질병모델 신경세포주 확보 (ApoE4+/+ 5종, +/- 3종, -/- 3종, 정상 대조군 2종)
- 세포주 특성 확인을 통해 스크리닝 용 대표 세포주 1종 이상 선정
- 표현형 기반 대용량 고효율 스크리닝 (HCS) 조건 확립
- 화학유전체 화합물 라이브러리 스크리닝 (HCS) 및 발굴된 hit 검증
- 대표 세포주 사용 3차원 오가노이드 실험조건 확립
- 신규 타깃 가설 생성, 오가노이드 및 컨트롤 세포주를 사용한 타깃 가설 검증

< 연구내용 >
- 알츠하이머병의 치료는 현재까지 cholinesterase inhibitor나 memantine 등의 증상 완화제에 의존하고 있으며 최근 aducanumab 등 아밀로이드 베타 가설에 입각한 약물들의 긍정적인 임상결과가 공개되고 있지만 아직까지 승인 받은 약물이 없어 알츠하이머병 치료제 개발의 근본적인 패러다임 전환이 필요함
- 기존 치매 질병 모델은 대부분 가족성 알츠하이머병 (familial AD) 모델로, PSEN 혹은 APP 유전자 변이를 통한 아밀로이드 베타의 과다 생성을 유도하기 때문에 산발성 알츠하이머병 (Sporadic AD)의 발병 기전과는 차이가 있음
- 산발성 알츠하이머병은 전체 환자의 95% 정도를 차지하며 아밀로이드 소거에 관여하는 콜레스테롤 운반체 ApoE4와의 강한 연관성을 보이고 있으나 뇌신경계 질환의 특성상 산발성 알츠하이머병 환자의 뇌조직 확보가 용이하지 않아 질병모델 개발의 걸림돌로 작용하고 있음
- 본 연구진은 2014년부터 보건복지부 지원 치매극복기술개발사업을 통하여 200여명 치매 환자의 혈액 시료를 확보하고 30종 이상의 환자 유래 iPSC를 수립함으로써 관련 노하우를 축적한 바 있음
- 본 연구진은 ApoE4 유전자를 보유한 알츠하이머병 환자의 혈액 시료로부터 iPSC를 수립하고 이를 활용하여 질병모델 개발 및 신규 타깃 가설 검증을 수행하였음

연구개발성과
[1세부]
- 대규모 약물 스크리닝에 사용하기 위한 iPSC-derived neuron의 특성화 분석 및 조건 설정 완료
- ApoE4 양성 알츠하이머 환자　iPSC-derived neuron에서 대규모 약물 스크리닝 시스템 개발. Tau 단백질의 응집을 유도하여 신경세포를 사멸하게 한 후 이 활성을 억제하는 약물을 찾고자 함
- ApoE4 양성 알츠하이머병 iPSC-derived neuron에서 8,300종 물질 평가 완료.
이 중 100종 물질 농도반응성 평가 후 최종적으로 15종 물질 선별
- 선정된 물질을 다양한 orthogonal assay에서 약효 검증. 2종의 세포주에 3종의 스트레스 처리에 의한 세포사멸 조건 확립. 아밀로이드-베타 (1-42)와 타우의 응집을 저해할 수 있는 시험관 그리고 세포에서의 평가법 확립. 신경염증 억제활성을 평가하기 위한 3종의 실험법 확립. 확립된 평가계에서 주요 물질 평가완료.
- 이 중 2종의 물질은 신경세포 보호와 항염증 효과를 가지고 있으면서 Aβ와 tau 응집을 저해하는 활성을 가지고 있음. 이 결과를 바탕으로 국내 특허 2건 출원 완료.
[2세부]
- 총 13종의 ApoE4 양성 환자 및 정상인 유래 유도만능줄기세포 확립
- 2D 신경분화를 통해 제작된 ApoE4/4 신경세포들 중 1세부에서 진행될 신약개발 스크리닝에 적합한 최적의 세포주를 선정하여 제공
- 유도만능줄기세포로부터 오가노이드를 6개월 동안 분화시켜 산발성 알츠하이머병의 대표적인 ApoE4/4 질병모델 확립
- 약효 평가에 대한 2D 신경세포와 3D 오가노이드의 적합성 확인

연구개발성과의 활용계획 (기대효과)
[1세부]
- 본 연구개발을 통하여 수립된 ApoE4 양성 알츠하이머병 환자 유래 iPSC는 다양한 세포 및 조직으로 분화 가능하여 다각도로 산발성 알츠하이머병 기전 연구 및 질병모델 구축에 활용 가능
- 본 연구개발을 통하여 도출된 신규 타깃 가설의 정당성이 후속 연구를 통하여 증명될 경우 신규 신약개발 프로젝트로 이어질 것으로 전망
- 본 연구개발을 통하여 확립된 표현형기반 HCS는 유전체 스크리닝과 접목되어 원천 신규 타켓 발굴에 활용 가능할 것으로 전망
- 환자 유래 iPSC 기반의 질병 모델은 산발성 알츠하이머병 치료제 개발을 위한 플랫폼 기술로 기술이전 혹은 스타트업 창업 등 직접적 상업화가 가능할 것으로 전망
[2세부]
- 다양한 약물 스크리닝 플랫폼에 2D 신경세포와 3D 오가노이드 모두 활용될 것으로 기대

(출처 : 요약문 14p)

Abstract ▼

Purpose&Contents
[Purpose]
- Development of a novel disease model for sporadic alzheimer’s disease (sAD) using iPSC derived from patients carrying ApoE4 allele
[Contents]
- Treatment of Alzheimer's disease relies on symptom relievers such as cholinesterase inhibitors and memantines to da

Purpose&Contents
[Purpose]
- Development of a novel disease model for sporadic alzheimer’s disease (sAD) using iPSC derived from patients carrying ApoE4 allele
[Contents]
- Treatment of Alzheimer's disease relies on symptom relievers such as cholinesterase inhibitors and memantines to date, and there are no approved disease-improving drugs, so a fundamental paradigm shift in the development of Alzheimer's disease treatment is necessary
- Existing dementia disease models are mostly familial Alzheimer's disease models, which are different from the pathogenesis of sporadic AD
- Sporadic Alzheimer's disease accounts for about 95% of all patients, and shows a strong association with the cholesterol transporter ApoE4 involved in amyloid scavenging. However, due to the nature of the cranial nervous system, it is not easy to secure brain tissue in sporadic Alzheimer's patients, which is an obstacle to the development of disease models.
- The research team has accumulated know-hows by securing blood samples from more than 200 dementia patients and establishing iPSCs derived from more than 30 patients through the dementia control technology development project since 2014
- The research team established iPSCs from blood samples of Alzheimer's disease patients with the ApoE4 gene and used them to develop disease models and verify new target hypotheses.

Results
[Part 1]
- Completion of characterization of basic iPSC-derived neurons for use in large-scale drug screening and Establish an optimal differentiation method
- Development of a large-scale drug screening system in ApoE4 sAD iPSC-derived neurons to find drugs that inhibit this activity after inducing the aggregation of tau protein to induce neuronal death.
- Completed evaluation of 8,300 compounds in ApoE4 sAD iPSC-derived neuron. Of these, after evaluating the concentration and reactivity of 100 compounds, 15 compounds were finally selected.
- Validation of efficacy of selected compounds in various orthogonal assays.
Completion of evaluation of major compounds after establishment of apoptosis conditions by 3 types of stress treatment on 2 types of cell lines.
Establishment of evaluation methods in test tubes and cells capable of inhibiting the aggregation of amyloid-beta (1-42) and tau. Completion of evaluation of major compounds after establishment of three experimental methods to evaluate neuroinflammation inhibitory activity.
- Completion of domestic patent application for 2 types obtained from the evaluation results
[Part 2]
- Completion of the generation of total 13 ApoE4 positive Alzheimer’s disease patients derived-iPSC lines(ApoE4-AD-iPSC). Validation of recapitulation of AD pathological features in the cortical neurons differentiated from ApoE4-AD-iPSC lines.
- Completion of selection of the one of single colony derived ApoE4-AD-iPSC lines based on screening AD pathological phenotypes in order to exclude variation issues among iPSC lines. Completion of provision of ApoE4-AD-NPC to DongA-ST and IPK for establishing drug screening platform.
- Completion of generation of 3D cortical organoids derived from
ApoE4-AD-iPSC. Validation of recapitulation of sporadic AD modeling in vitro by surviving long term culture.
- Validation of suitability of 2D-cortical neurons and 3D-cortical organoids in High-content screening for study drug efficacy.

Expected Contribution
[Part 1]
- The iPSCs derived from ApoE4-positive Alzheimer’s disease patients established through this research and development can be differentiated into various cells and tissues, and can be used to study the mechanism of sporadic Alzheimer’s disease from multiple anales and build disease models
- It is expected that the phenotypic-based HCS established through this research and development will be combined with genome screening and used to discover new orignal targets.
- Patient-derived iPSC-based disease model is a platform technology for the development of sporadic Alzheimer’s disease treatment, and is expected to be directly commercialized, such as technology transfer to startups.
[Part 2]
- Both 2D-cortical neurons and 3D-cortical organoids are expected to be utilized for high-content screening based drug discovery and pathomechanism studies of neurodegenerative diseases, especially sporadic ones.

(source : SUMMARY 16p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 보고서요약 ... 2
• 제 출 문 ... 11
• 보고서 요약서 ... 13
• 국문 요약문 ... 14
• SUMMARY ... 16
• 목차 ... 18
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 20
• 1-1. 연구개발 목적 ... 20
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 21
• 1-3. 연구개발 범위 ... 24
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 28
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 92
• 4.1. 목표 달성도 ... 92
• 4.2. 관련분야 기여도 ... 93
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 94
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 95
• 7. 연구개발성과의 보안등급 ... 97
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 97
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 97
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 97
• 11. 기타사항 ... 98
• 12. 참고문헌 ... 98
• 끝페이지 ... 101