국내 연구진이 살아있는 생쥐의 머리에 빛만 비추는 것으로 뇌유전자를 조절할 수 있는 기술을 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 허원도(카이스트 생명과학과) 교수팀은 약한 빛에도 반응하는 ‘Flp 유전자 재조합효소’를 만들어 특정 유전자 발현을 유도할 수 있는 기술을 개발해 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 18일자에 발표했다. 허 교수팀이 이번에 개발한 유전자 재조합 효소를 이용한 광유전학 기술은 기존 광유전학 기술처럼 수술을 통해 LED칩을 심는 것이 아니기 때문에 동물실험에 있어서 물리적, 화학적 손상으로 인한 부작용도 최소화할 수 있다는 장점이 있다.연구팀이 활용한 ‘광활성 Flp 유전자 재조합 효소’(PA-Flp 단백질)은 약한 빛을 쬐어주더라도 활성화되는 특징이 있다. 기존 Flp 유전자 재조합 효소는 유전자를 자르고 재조합하는 기능을 지녀 유전자 형질전환 동물실험모델을 만들 때 많이 활용돼 왔다. 이 때문에 많은 연구자들이 광유전학 기술에 응용하려고 했지만 체내에 주입된 뒤 자가조립돼 빛에 반응하지 않아 광섬유를 뇌부위에 심는 수술이 필요했다. 연구팀은 실험용 생쥐에게 기억에 관여하는 뇌 부위로 알려진 해마에 PA-Flp 단백질을 주입한 뒤 30초 가량 LED를 머리 부위에 비춰 PA-Flp 단백질이 활성화되는 것을 발견했다. 연구팀이 활용한 LED 빛의 강도는 휴대폰 손전등이나 레이저 포인터 정도의 세기였다. 뇌 수술과 같은 물리적 손상 없이 비침습적 방식으로도 유전자 발현을 조절할 수 있다는 의미이다.연구팀은 PA-Flp 단백질을 이용해 행동 제어 실험도 실시했다. 기억 중추인 해마와 연결된 ‘뇌 내측 중격’에는 칼슘채널이 있는데 칼슘채널이 억제되면 물체 탐색능력이 증가한다. 연구팀은 뇌 내측 중격에 PA-Flp 단백질을 주입한 뒤 LED를 쬐어 칼슘채널의 발현을 억제한 뒤 생쥐들을 관찰했다. PA-Flp 단백질이 주입돼 칼슘채널이 통제된 생쥐들은 그렇지 않은 것들에 비해 탐색능력이 더 높아진 것이 확인됐다. 허 교수는 “기존 광유전학 기술은 실험쥐의 생리적 현상에 영향을 미칠 수 있는 물리적, 화학적 자극이 가해졌는데 이번 연구는 그런 부작용없이 LED로 원하는 특정 유전자 발현을 조절할 수 있다는데 큰 의미가 있다”며 “빛으로 원하는 타이밍에 유전자를 자르고 재조합하는 효소를 사용할 수 있게 됨에 따라 다양한 뇌 영역을 탐구하는데 도움을 줄 것으로 기대된다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 암세포의 전이와 확산, 기억이나 통증을 느끼도록 하는 신경세포의 활성화 같이 다양한 세포기능에 관여하는 신호전달 단백질의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 인지및사회성연구단 허원도(카이스트 생명과학과) 교수와 독일 막스플랑크연구회 산하 미국 플로리다 신경과학연구소 권형배 박사 공동연구팀은 신호전달 ‘스위치‘ 단백질의 활성 여부를 관찰할 수 있는 바이오센서를 개발하고 이를 활용해 살아있는 생쥐의 신경세포 활성화 과정을 관찰한 결과를 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 14일자에 발표했다. 세포 내 신호전달 단백질은 스위치가 켜지면 기계가 움직이듯 활성화되거나 비활성화되는 방식으로 세포 기능을 제어한다. 암세포도 세포내 신호전달 단백질에 의해 만들어지고 다른 조직으로 전이되는 것이다. 대표적인 세포 신호전달 단백질인 ‘스몰 지티파제’는 세포 이동과 분열, 사멸, 유전자 발현 등에 관여한다. 연구팀이 개발한 바이오센서는 스몰 지티파제의 모든 변화과정을 실시간으로 볼 수 있 으며 살아있는 생명체의 세포 변화도 수 ㎚(나노미터) 크기 변화까지 정밀하게 관찰할 수 있다는 장점이 있다. 동물의 암세포 전이, 뇌 속 신경세포의 구조변화까지 볼 수 있다는 것이다.실제로 연구팀은 유방암 전이 암세포에 이번에 개발한 바이오센서를 장착시키고 빛으로 세포 움직임을 조절할 수 있는 광유전학 기술로 암세포 이동방향을 조절하자 세포내 스몰 지티파제 단백질의 움직임과 함께 활성화되는 것을 관찰할 수 있었다. 또 공 위를 달리도록 한 생쥐와 마취된 생쥐의 뇌 운동피질 내 신경세포에서의 스몰 지티파제 단백질 활성여부를 관찰하는 것도 성공했다. 허원도 카이스트 교수는 “이번에 개발한 바이오센서는 시냅스처럼 수 마이크로미터 크기의 미세한 구조에서도 목표 단백질을 관찰할 수 있을 정도로 민감도고 높고 운동하는 생쥐의 생리학적 현상에도 지장을 주지 않는 상태에서 실시간으로 뇌를 관찰할 수 있을 정도”라고 설명했다. 허 교수는 “이번 기술은 광유전학 기술과 함께 사용이 가능하기 때문에 다양한 세포신호전달 연구 뿐만 아니라 뇌인지과학 연구에도 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

팔·다리는 가는데 배만 나온 전형적인 복부비만 체형이었던 직장인 이경수(43)씨는 2년 전 밀가루와 작별하고서 극적인 변화를 경험했다. 즐겨 먹던 튀김, 빵, 라면을 멀리하자 35인치였던 허리가 33인치로 줄었고 몸무게도 덩달아 7㎏이 빠졌다. 특별히 운동이나 다른 다이어트를 병행하진 않았다.달라진 것은 체형뿐이 아니었다. 한 달에 한 번 월례행사처럼 치르던 배앓이가 사라졌다. 이씨가 장염으로 병원을 찾은 건 지난 2년간 두 번뿐이다. 늘 부대끼고 거북했던 속이 편해지자 예민했던 성격도 바뀌었다. 이씨는 “짜증을 내는 빈도가 확실히 줄었다”고 말했다. 단지 밀가루 섭취만 줄였는데 어떻게 이런 변화가 가능했을까. 과연 밀가루는 멀리해야 할 곡물일까. 밀가루는 인류가 수천 년에 걸쳐 먹어왔으며, 지금도 세계 인구 3분의2가 주식으로 삼고 있다. 이미 식품의 안전성 측면에서는 검증된 곡물이다. 최근 밀가루에 함유된 단백질인 글루텐 유해성 논란이 제기되면서 장내 염증과 소화장애를 일으키는 주범으로 지목받고 있지만 의료계는 크게 문제가 되는 성분이 아니라고 말한다. ●한국인 밀가루 섭취 늘지만 셀리악병 증가 없어 글루텐 섭취 문제로 발생하는 대표적인 질환이 ‘셀리악병’인데 한국인은 셀리악병과 관련한 유전자를 가진 사람이 드물어 이 병에 걸릴 위험이 극히 적다는 것이다. 셀리악병은 글루텐에 면역체계가 과민반응을 일으키는 자가면역성 알레르기 질환으로, ‘HLA-DQ2’라는 유전자에 의해 생긴다. 복부 통증, 식욕 부진, 설사, 복부 팽만감이 나타나는 소화기계 질환이다. 농촌진흥청에 따르면 밀을 주로 먹는 서양인의 5%가 이 병을 앓고 있고, 미국 전체 인구의 6%가 밀 알레르기로 고통받고 있다. 한국인의 밀가루 섭취량도 갈수록 증가하는 추세이지만 국내에서 셀리악병 발병이 증가하고 있다는 연구 보고는 없다. 하지만 한의계는 밀가루의 찬 성질이 위장 장애를 일으키는 원인일 수 있다고 얘기한다. 특히 체질적으로 소화 기능이 약한 사람과 따뜻한 기운이 약해 몸이 차가워지기 쉬운 소음인은 밀가루를 조심해야 한다고 한다. 김고운 강동경희대병원 한방재활의학과 교수는 13일 “찬 성질의 음식은 특히 몸이 찬 사람의 대사를 방해하고 소화 장애나 설사를 일으킬 수 있다”고 설명했다. 보리도 밀과 마찬가지로 성질이 차다. 소음인 체질은 평소 소화 기능을 돕고 몸을 따뜻하게 하는 음식을 섭취해야 하는데, 성질이 맵고 따뜻한 찹쌀·닭고기·장어·마늘·감자·부추·사과·귤과 계피차·생강차·꿀차 등이 좋다. 김 교수는 “실제로 소화가 잘 안 되는 환자에게 밀가루 끊기를 권했는데 증상이 호전됐다는 환자가 많았다”며 “소화 장애가 있는 환자 외에도 알레르기가 있거나 체중 감량이 필요한 환자에게도 밀가루 끊기를 권하고 있다”고 말했다. 복부 비만과 밀가루의 연관성은 비교적 명확하다. 정제된 탄수화물이 주범이다. 정제된 탄수화물은 정제되지 않은 일반 탄수화물보다 우리 몸에 훨씬 빨리 소화·흡수돼 혈당을 급격히 올린다. 이때 우리 몸은 혈당을 낮추려고 인슐린을 과다하게 분비한다. 이 과정에서 일시적인 저혈당 증세가 나타나고, 공복감을 느껴 혈당을 빨리 올릴 수 있는 탄수화물을 더 찾게 된다. 저혈당과 고혈당을 오르내리며 탄수화물을 탐닉하는 악순환에 빠지게 되는 것이다. 게다가 췌장에서 분비되는 인슐린은 당의 흡수를 촉진하는 것 외에 아미노산인 트립토판을 두뇌로 운반하는 역할도 한다. 두뇌로 전달된 트립토판은 기분을 좋게 하는 신경전달 물질인 ‘세로토닌’ 분비를 촉진한다. 세로토닌이 감소하면 우울, 의욕 상실, 초조함 등의 금단현상이 오기 때문에 뇌는 더 많은 탄수화물을 요구하게 된다. 그러면서 우리 몸은 서서히 단맛에 길들어지고, 당연히 당뇨병과 비만 같은 합병증이 온다. 대표적인 정제 탄수화물인 밀가루 섭취만 줄였는데 이씨의 복부 비만이 사라진 것도 이런 이유에서다. ●열량 높은 밀가루 음식 단품 섭취로 영양 불균형 정인경 강동경희대병원 내분비내과 교수는 “밀가루 음식 안의 첨가물이 건강을 해친다”고 말했다. 그는 “밀가루 자체가 나쁘기보다는 밀가루 음식 대부분의 열량이 높은 게 문제”라면서 “같은 밀가루 음식이더라도 건강하게 조리된 것을 먹는 것이 중요하다”고 덧붙였다. 예컨대 짜장면 1인분의 열량은 약 700㎉, 국물 라면은 500㎉ 수준이다. 성인 기준 1일 권장열량이 남성 2200~2600㎉, 여성 1800~2100㎉l인 점을 생각하면 두 끼만 짜장면과 라면으로 때워도 하루 권장열량의 상당량을 섭취하게 된다. 밀가루 음식이라고 해서 밀가루로만 이뤄진 식품은 드물다. 버터, 나트륨, 설탕 등을 함께 먹게 된다. 밥을 먹을 땐 채소와 고기 등 다양한 영양소가 든 반찬을 같이 먹지만, 밀가루 음식은 주로 단품으로 먹기 때문에 균형 잡힌 영양 섭취가 어렵다. 김은희 서울아산병원 건강의학과 교수는 “탄수화물 중독에서 벗어나려면 혈당 지수가 낮은 음식으로 식단을 바꿔야 한다”며 “혈당 지수가 낮으면 천천히 소화되기 때문에 급격한 인슐린 분비를 예방하고 쉽게 배고파지지 않는다”고 설명했다. 또 “필요한 열량 중 탄수화물 비율을 낮추고 단백질 섭취를 늘리는 것도 좋다”고 강조했다. ●실천 가능한 기준 정하고 밀가루 섭취 줄여야 밀가루 끊기 도전은 생각만큼 쉽지 않은 일이다. 2년째 밀가루를 멀리하는 이씨도 몇 번의 시행착오 끝에 성공했다. 처음에는 밀가루가 들어간 소스까지 찾아 철저히 따져보고 아예 입에 대지 않았다. 하지만 사흘 만에 실패했다. 밀가루 섭취를 완벽하게 끊으려다 보니 그 자체가 스트레스였다. 한 달 뒤 튀김, 우동, 빵, 라면 끊기에 다시 도전했다. 이후 9개월간 적어도 다섯 번은 몰래 숨어 튀김옷이 바삭거리는 돈가스를 먹어 치웠다. 다만 밀가루와 싸우기보다 실천 가능한 선을 정하고 지속적으로 관리하기로 했다. 그러자 밀가루의 유혹이 시큰둥해졌다. 피로감도 줄었고, 폭음하는 습관도 없어졌다. 먹을 수 있는 안주가 적다 보니 자연스럽게 술을 줄이게 됐다. 이씨는 “사람의 몸은 신비해서 한 숟가락을 줄이면 한 숟가락만큼의 긍정적 변화가 일어나더라”며 “1주일에 한 번 먹던 라면을 2주에 한 번으로 줄여도 변화가 있었다. 밀가루는 끊는 게 아니라 평생 관리하는 것”이라고 웃었다. 이현정 기자 hjlee@seoul.co.kr

미국에서 14년간 식물인간 상태로 요양병원에 있었던 여성의 임신과 출산으로 경찰이 병원 직원 등을 상대로 성폭행 혐의를 수사하는 가운데 미국 언론이 과거에도 유사한 사건이 있었다고 12일(현지시간) 보도했다. 미 NBC 방송에 따르면 1995년 뉴욕 로체스터 인근의 요양원에서 혼수상태의 29살 여성이 간호조무사에게 성폭행당해 임신했다. 애리조나 주 해시엔더 헬스케어 요양병원에서 지난달 말 식물인간 상태의 여성이 아이를 출산한 이번 사건과 달리 당시에는 임신 사실이 비교적 일찍 발견됐다. 당시 피해 여성의 부모는 임신 중절에 반대했고 아기는 이듬해 조산하기는 했지만 건강하게 태어났다. 당시 병원에 윤리 자문을 했던 제프리 스파이크 버지니아대 의학대학원 생명의학윤리·인문학센터 겸임교수는 식물인간 상태의 환자에 대해 “인지적 관점에서는 모든 인간적 특질은 이미 사라진 상태”라며 “하지만 생물학적으로는 모든 것이 지극히 정상적”이라고 말했다. 그레고리 오섀닉 미국 뇌손상협회 명예의학국장도 “(식물인간 엄마에게) 골절이나 척수 손상 같은 신체 부상이 없었다면 다른 모든 것은 정상이었을 것으로 추정된다”며 “문제는 여전히 생리하느냐인데, (이번 경우) 아마도 그랬을 것으로 추정된다”고 말했다. 그러나 뇌사 상태 또는 식물인간 상태로 임신한 여성 중에는 임신 중 뇌 기능이 위험에 빠지며 끝내 자신과 함께 아이가 숨진 경우도 있었다고 NBC는 전했다. NBC는 독일 하이델베르크 대학병원의 수석 신경외과의사인 레츠판 아흐마디 박사를 인용해 뇌사 상태의 산모와 식물인간 산모는 달리 취급돼야 한다고 지적했다. 한편 이날 애리조나주 피닉스 경찰은 식물인간 여성의 출산 당시 공황 상태에 빠져 당황했던 요양병원 간호사들을 보여주는 5분 분량의 응급신고 전화 통화 음성을 공개했다. 이 음성에 따르면 한 간호사는 “아기가 (숨을 못 쉬어) 파래지고 있어요! 파래진다고요!”라고 소리치며 통화를 시작했다. 이 간호사는 이어 “환자 중 한 명이 막 애를 낳았어요. 우린 환자가 임신한 줄 몰랐어요”라고 말했다. 병원 직원들은 응급요원의 안내에 따라 심폐소생술을 시도했고 몇분 뒤 “신이여, 감사합니다”라는 안도의 한숨과 함께 아기가 숨 쉬며 울고 있다고 말했다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

자폐 스펙트럼 장애(자폐증)가 발생하는 원천적인 단서가 미국 연구팀에 의해 밝혀졌다. 미국 솔크 연구소(Salk Institute)의 러스티 게이지 교수 연구팀이 자폐증 환자는 애초에 뇌 신경세포(neuron)가 만들어지는 과정부터 정상인과 다르다는 연구 결과를 발표했다고 메디컬 익스프레스가 7일 보도했다. 연구팀은 자폐증 환자 8명과 정상인 5명으로부터 채취한 피부세포를 배아줄기세포와 같은 기능을 지닌 유도만능 줄기세포(iPS:induced pluripotent stem cell)로 되돌린 뒤 다시 신경세포로 분화시키면서 그 과정을 비교 관찰했다. 그 결과 자폐증 환자는 정상인보다 신경세포가 더 빠르게 만들어지는 과정이 관찰됐다. 줄기세포 단계에서 신경세포 단계로 분화하는 유전자 프로그램을 추적한 과정에서도 자폐증 환자의 줄기세포는 정상인의 줄기세포보다 유전자 프로그램이 진행되는 속도가 빠른 것으로 나타났다. 자폐증 환자의 신경세포는 성장 속도도 정상인의 신경세포보다 빠르고 신경세포의 가지(branch)들도 더 복잡했다. 이러한 차이는 지금까지 자폐증과 연관이 있는 것으로 밝혀진 유전자들 대부분에서 관찰됐다. 뇌 발달의 초기 단계에서 발생한 비정상이 자폐증으로 이어지는 것으로 과학자들은 생각하고 있다.이 연구 결과가 자폐증 발생 과정에서 나타나는 공통적인 병리학적 특징을 찾아내는 데 도움이 될 것으로 연구팀은 기대하고 있다. 연구팀은 다음 단계 연구로 자폐증 환자의 줄기세포로 뇌 오가노이드(organoid)를 만들어 여러 종류의 뇌세폰 간 상호 작용을 관찰할 계획이다. 오가노이드란 인체 장기와 유사한 구조, 세포 구성, 기능을 지닌 3차원적 세포 덩어리를 말한다. 이번 연구 결과는 영국의 신경과학 전문지 ‘네이처 뉴로사이언스’(Nature Neuroscience) 최신호에 실렸다. 신진호 기자 sayho@seoul.co.kr

노년층의 가장 큰 걱정은 암과 같은 치명적인 질병 뿐만 아니라 자기 자신, 그리고 살아온 날들의 기억을 잃는 것이다. 기억이 사라져 좋든 싫던 삶의 궤적을 뒤돌아볼 수 없게 되고 고상하게 늙어갈 권리마저 빼앗는 치매는 고령화 사회로 가는 전 세계 모든 국가들의 걱정꺼리이다. 치매의 절반 이상이 알츠하이머성 치매로 알려져 있음에도 알츠하이머의 발병원인이 정확히 밝혀지지 않아 치료 방법도 마땅치 않은 상황이다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 유성운 교수, 서울대 치의과대 이성중 교수, 한국생명공학연구원 김선영 박사 공동연구팀은 뇌 면역세포의 자가포식 작용이 방해를 받으면서 알츠하이머가 발생한다는 사실을 규명했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘오토파지’ 최신호에 실렸다. 자가포식은 기능 이상이 생기거나 오래돼 손상된 세포, 독성을 가진 세포 내 물질을 제거하는 생체현상이다. 일본 도쿄공업대 오스미 요시노리 명예교수는 자가포식 현상을 규명해 질병 치료 길을 확장시킨 공로로 2016년에 노벨생리의학상을 단독 수상한 바 있다. 뇌에서는 미세아교세포라는 면역세포가 뇌 조직에 생긴 해로운 물질을 없애는 청소부 역할을 하고 있다. 그 동안 뇌 염증 반응과 뇌세포 자가포식 작용이 퇴행성 뇌질환과 관련이 있다는 것을 보여주는 연구는 많았지만 구체적인 메커니즘에 대해서는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 미세아교세포 표면에 존재하는 ‘TLR4’라는 수용체에 염증유도 물질이 결합되면서 세포내 관련 신호전달 경로가 활성화돼 자가포식 작용을 억제시킨다는 사실을 밝혀냈다. 자가포식 작용이 억데되면 알츠하이머를 일으키는 원인물질로 알려진 베타아밀로이드 분해 능력 저하로 이어지게 되고 결국 알츠하이머를 악화시킨다는 설명이다. 유성운 DGIST 교수는 “퇴행성 뇌질환에 걸리면 항상 신경염증이 증가하는데 이번 연구는 염증이 늘어나면서 미세아교세포에서 자가포식 현상이 억제된다는 사실을 처음으로 밝혀냈다는데 의미가 크다”며 “미세아교세포의 자가포식 활성은 베타아밀로이드 분해, 신경회로 재구성, 사이토카인 분비 조절 등 다양한 역할을 수행하는 만큼 신경염증을 유발시키는 다양한 퇴행성 뇌질환과 정신질환의 치료에 이용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST는 뇌·인지과학전공 유성운 교수팀이 뇌 면역세포인 미세아교세포의 자가포식 작용이 염증자극에 의해 조절되는 새로운 메커니즘을 규명했다고 8일(화) 밝혔다. 뇌 면역세포인 ‘미세아교세포’는 뇌 속 청소부로 뇌 조직에 누적된 해로운 물질을 없애는 역할을 한다. 자가포식 작용은 불필요하거나 독성을 지닌 세포 내부 물질을 제거하는데 중요한 작용으로, 일본의 오스미 요시노리 교수가 관련 연구로 2016년 노벨생리학상을 수상하기도 했다. 유 교수팀은 미세아교세포의 표면에 존재하는 ‘TLR4’라는 수용체에 염증유도 물질이 결합하면 세포 내에서 PI3K/Akt신호전달 경로가 활성화되며 자가포식 작용이 억제된다는 것을 밝혔다. 자가포식 작용 억제는 알츠하이머병을 일으키는 아밀로이드베타를 분해하는 능력 저하로 이어져 병을 악화시키는 것을 최초로 확인했다. 염증반응과 뇌세포 자가포식 작용이 퇴행성 뇌질환과 관련이 있음을 보여주는 연구는 계속돼 왔으나 관련 과정에 대한 이해는 아직까지 부족했다. 또한 미세아교세포와 반대로 우리 몸 다른 면역세포들은 염증자극에 의해 자가포식 작용이 더 활발해진다고 알려져 왔다. 따라서 이번 연구는 뇌세포의 자가포식 작용 연구를 통해 자가포식 작용에 문제가 발생할 경우 어떻게 뇌기능에 영향을 주는지를 이해해 뇌질환 치료에 중요한 단서를 제시해줄 수 있을 것으로 기대하고 있다. 유 교수는 “퇴행성 뇌질환에 걸리면 항상 신경염증이 증가하는데, 이 때 염증 증가와 연관된 미세아교세포에서 자가포식 현상이 억제된다는 것은 알려져 있지 않았다”며 “뇌조직세포에 초점을 맞춰 신경염증과 자가포식 작용간의 연관성을 계속해서 연구한다면 앞으로 뇌질환 치료제 개발에 한층 더 다가갈 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 자가포식 분야 최고 권위 학술지인 ‘오토파지’ 저널에 지난 달 7일 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 뇌과학원천사업, 중견연구자 지원사업과 DGIST 뇌신경 가소성 기반 재활기전 및 재활기법의 융합연구 과제의 지원을 받아 진행했다. 이번 연구에는 DGIST 뇌·인지과학전공 이지원, 남혜리 박사과정 학생과 김은정 석사과정 학생이 공동 제1저자로 참여했으며, DGIST 뇌·인지과학전공 김은경 교수팀, 서울대학교 치의과대학 이성중 교수팀, 한국생명공학연구원 김선영 박사가 공동연구자로 참여했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

조울병은 조증과 우울증이 반복적으로 나타나는 주요 정신과 질환이다. ‘조증 삽화’는 과도한 자만심이나 과대 망상을 보이고 말을 멈추지 않는다. 여기에 수면 욕구 감소와 망상, 논리의 비약, 주의 산만, 과도한 쾌락 추구 등의 양상이 1주 이상 지속되는 것을 말한다. 반면 ‘우울 삽화’는 우울감, 의욕 상실, 의도치 않은 체중 감소, 불면 또는 과도한 수면, 안절부절 못하거나 피곤하고 무기력한 상태가 2주 이상 지속되는 것을 뜻한다.상반된 기분 상태가 모두 나타날 수 있는 질병이기에 ‘양극성 장애’라고도 한다. 한 번이라도 조증 삽화가 발생하면 우울 삽화가 있는지와 관계없이 1형 양극성 장애로 진단한다. 조증 삽화에 비해 상대적으로 심하지 않은 ‘경조증 삽화’와 우울 삽화가 반복되면 2형 양극성 장애로 진단한다. 다양한 스펙트럼의 양극성 장애 전체 유병률은 4.3%로 결코 드문 질환이 아니다. 하지만 정확한 뇌과학적 원인은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 우선 유전적으로 동일하면 같은 질병에 걸릴까. 한 연구에 따르면 일란성 쌍둥이의 양극성 장애 일치율은 40~70%에 이른다. 다만 양극성 장애는 1개의 유전자 이상으로 설명할 수 있는 질환이 아니다. 다양한 유전자가 복합적으로 작용해 질병으로 발현되는 복잡한 질환이다. 하지만 최근에는 세포막에서 칼슘의 이동을 조절하는 ‘L 타입’ 전압 의존성 칼슘 채널 유전자가 주목받고 있다. 이 유전자가 양극성 장애와 연관성이 있다고 여러 연구에서 반복적으로 보고되고 있기 때문이다. 칼슘은 흔히 아는 것처럼 뼈를 이루는 주요 성분이기도 하지만, 세포 안에서는 ‘2차 신호 전달자’로 작용한다. 세포 기능을 조절하는 데 필수적인 물질이다. 따라서 칼슘 채널의 기능 이상 자체는 미세할지라도 통합적 뇌기능에는 중대한 영향을 미칠 수 있다. 거시적인 변화도 있다. 뇌영상 연구에서는 양극성 장애 환자의 뇌 속에 뇌척수액이 흐르는 ‘뇌실’이라는 공간이 정상보다 확장돼 있는 것이 발견됐다. 특히 삽화의 횟수가 많을수록 뇌실 확장은 더욱 뚜렷한 것으로 나타났다. 양극성 장애가 반복되면서 뇌조직이 위축되고 있다는 것을 의미한다. 이 외에도 시상하부ㆍ뇌하수체ㆍ부신으로 이어지는 내분비 조절 기능의 이상, 24시간을 주기로 살아가도록 조절하는 일주기 리듬의 이상, 중추신경계와 신체에서 염증 관련 물질의 비정상적 증가, 신경전달물질의 변화 등 다양한 이상 소견을 보이고 있다. 다행인 것은 양극성 장애의 약물치료 효과가 매우 좋다는 점이다. 리튬 또는 발프로산과 같은 ‘기분 안정제’ 계열의 약물들은 세포 내 신호전달체계를 바로잡아 조증과 우울증을 치료할 뿐만 아니라 지속적인 치료로 재발을 막는 데 크게 기여할 수 있다. 양극성 장애는 치료를 중단하면 조증과 우울증 삽화를 반복하게 될 위험이 크고, 일단 재발됐을 때 그 피해가 되돌릴 수 없이 커 지속적으로 치료하고 관리해야 한다.

생쥐에 바이오 광전자시스템 삽입해 조절기능 잃은 방광에 빛 흘려 정상작동 파킨슨병 등 뇌질환 치료 기술도 개발현대 과학기술은 가장 작은 미립자의 세계부터 그 끝을 상상할 수 없는 광대한 우주까지 감춰진 비밀을 밝혀내고 있다. 그렇지만 ‘뇌’와 ‘신경계’에 대해서는 여전히 이해하지 못하고 있는 부분이 많다. ‘등잔 밑이 어둡다’는 속담처럼 말이다.연구자들은 몇 년 전부터 ‘광유전학’이라는 새로운 도구로 뇌가 어떤 일을 하고 기억은 어떻게 이뤄지는지, 각종 뇌 신경계 질환은 어떻게 발생하는지 등의 비밀에 한 발짝씩 다가가고 있다. 광유전학(optpgenetics)은 빛(opto)과 유전학(genetics)을 결합한 용어로 뇌 신경세포를 빛에 반응할 수 있도록 유전적으로 조작한 뒤 세포의 생리를 연구하는 분야다. 광유전학이 주목받고 있는 이유는 인간 수명이 늘어나면서 뇌와 신경계 질환을 앓는 사람들이 늘고 있기 때문이다. 미국 미주리주 워싱턴대 의대, 일리노이대, 중국 베이징항공항천대 등 공동연구팀은 광유전학과 생체 전기자극을 통해 신경활동을 제어하는 바이오 전자 시스템을 만들어 방광기능을 조절할 수 있는 방법을 개발하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 3일자에 발표했다. 특히 이번 연구에는 미국에서 연구 중인 한국인 과학자가 9명이나 참여한 것으로 알려졌다. 연구팀은 암컷 생쥐에게 약물을 주입해 방광의 조절기능을 상실하도록 만들었다. 사람으로 치면 요실금 증상이 나타나도록 한 것이다. 연구팀은 체내에서 거부반응을 일으키지 않는 물질을 이용해 마이크로미터 크기의 발광다이오드(LED), 전력공급용 무선장치, 데이터 모니터링 장치가 하나로 구성된 바이오 광전자시스템을 생쥐에게 삽입했다. 방광에서 이상 징후가 감지되면 삽입된 장치가 빛과 미세전류를 흘려 방광이 정상 기능을 할 수 있도록 했다. 방광 부근에 장치를 삽입한 생쥐는 방광조절기능상실 약물이 주입되더라도 방광이 일반 생쥐처럼 정상 작동하는 것이 확인됐다. 미국 캘리포니아 버클리대(UC버클리) 전기공학 및 컴퓨터과학과 연구팀도 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌신경질환이나 뇌전증 같은 질병을 앓고 있는 환자를 치료하고 상시 모니터링할 수 있는 치료기술을 개발해 생체공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링’ 지난해 12월 31일자에 발표했다. 연구진이 개발한 ‘WAND’란 장치는 뇌의 128개 부위에서 발생하는 전기적 움직임을 모니터링하면서 비정상적 전류가 흐를 경우 이를 차단하거나 줄일 수도 있다. 실제로 히말라야 원숭이의 머리에 이 장치를 부착한 뒤 팔과 손의 움직임을 제어하는데 성공하기도 했다. 한국과학기술연구원(KIST) 관계자는 “최근 들어 뇌과학 분야에서 가장 빠르게 발전하고 있는 광유전학과 미세전기자극 기술이 결합돼 뇌신경질환자들을 치료할 수 있는 새로운 방법들이 속속 나오고 있다”며 “특히 광유전학 기술은 알츠하이머, 파킨슨병, 우울증, 불면증, 강박증, 기억상실, 거식증 등의 원인과 치료법 개발에도 널리 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

암 치료 성적이 향상되면서 완치되거나 장기간 생존하는 암환자들이 점점 늘어나고 있다. 이미 국내에서도 암 생존자가 지난해 기준으로 160만명을 넘었다. 암 생존자들은 치료 후 다양한 신체적, 정신적, 사회·경제적 문제를 경험한다. 여러 문제 중 해결이 쉽지 않은 것 중 하나가 항암 치료 후 일부에서 발생할 수 있는 인지 장애, 즉 ‘항암뇌’다.암 치료 후 인지 기능이 낮아진 환자를 돌보는 것은 본인뿐 아니라 가족과 사회에도 큰 부담이 된다. 하지만 아직까지는 대증적 치료 외에 마땅한 방법이 없다. 물론 최근 개발된 표적치료제나 면역치료제는 이런 부작용이 적지만 아쉽게도 많은 암환자가 혜택을 보진 못하고 있다. 최근 미국 스탠퍼드대 연구진이 항암뇌 발생 과정과 치료제 개발 가능성을 밝혔다. 연구진은 항암 치료 후 뇌에 있는 여러 세포들의 변화를 살펴봤다. 특히 신경 전기신호를 전달하는 신경세포보다는 신경세포를 둘러싸고 주위 환경을 구성하는 세포들에 관심을 가졌다. 신경세포 보호막인 ‘수초’를 생성하고 유지하는 ‘희소돌기아교세포’, 신경세포 연결을 유도하고 환경을 유지하는 ‘별아교세포’, 면역 역할을 하는 ‘미세아교세포’ 등이다. 우선 연구진은 항암제에 노출된 소아 환자 뇌 조직에서 희소돌기아교세포 전구세포가 정상 희소돌기아교세포로 제대로 분화하지 못하는 것을 확인했다. 항암제 사용을 중단해도 효과가 장기간 나타났다. 그 결과 수초 두께가 얇아지고 제대로 신경세포를 보호하지 못하게 됐다. 생쥐 실험에서도 항암제 투여 후 운동 기능과 단기 기억장애가 발생한다는 것을 확인했다. 실제 암 생존자들에게서 나타나는 현상과 비슷하다. 이어 정상 희소돌기아교세포를 투여하면 회복되는지 살펴봤지만 완전하게 회복되지 않는 것을 확인했다. 동시에 연구진은 미세아교세포가 항암제를 투여하면 활성화되고 항암제를 중단해도 그 효과가 유지되는 것을 발견했다. 또 활성화된 미세아교세포가 별아교세포에 나쁜 영향을 주고 기능을 방해해 신경세포 영양 공급과 기능 유지를 방해하는 것도 확인했다. 연구진은 특정 약물을 투여해 미세아교세포를 줄이는 실험을 진행했다. 그 결과 미세아교세포가 감소했고 희귀돌기아교세포 전구세포가 분화되는 과정이 회복되면서 수초가 두꺼워지고 반응성 별아교세포를 줄이면서 정상화됐다. 물론 운동 기능이나 인지 기능이 회복되는 것도 생쥐 실험에서 확인했다. 지금까지 항암제 치료 후 발생하는 인지 기능 저하 기전에 대해 잘 알지 못했다. 한동안 항암제로 인한 신경세포 손상에 관심이 많았다. 그러나 발상의 전환으로 항암제가 신경세포가 아닌 이를 둘러싸고 있는 환경에 영향을 미치면서 항암뇌가 나타나는 것을 알게 됐다. 더 주목할 점은 치료법 개발 가능성까지 제시했다는 것이다. 실험에 사용한 약물은 원래 항암제로 개발한 약제이지만 미세아교세포 억제 효과를 밝혀 도리어 항암뇌를 예방하고 치료하는 데 사용할 수 있게 됐다.

요즘 TV를 틀거나 컴퓨터를 켜면 각종 동영상 사이트에는 소위 ‘먹방’(먹는 방송)이 넘쳐나고 있다. 출연자들이 맛있게 음식을 먹는 모습을 보다보면 나도 모르게 ‘꿀꺽’하고 침을 삼키게 된다. 사실 맛있는 음식을 먹으면 기분이 좋아지는 것이 사실이다. 독일과 미국 의학자와 생물학자들이 맛있는 식사가 기분을 좋게 만드는 메커니즘을 밝혀내 주목받고 있다. 독일 막스플랑크 대사연구소, 쾰른대 의대, 미국 예일대 의대, 심리학과, 현대영양및생리학연구센터, 마운트시나이 아이칸의대 공동연구팀은 기분을 좋게 만드는 도파민이라는 호르몬은 음식을 먹을 때 두 번 방출된다는 사실을 확인하고 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 메타볼리즘’ 28일자에 발표했다. 연구팀은 12명의 건강한 성인남녀를 대상으로 양전자방출단층촬영(PET)을 실시했다. 연구팀은 실험대상자들을 PET 장치에 누인 뒤 맛있는 밀크쉐이크나 맛 없는 음료를 마시도록 한 뒤 뇌의 움직임을 살펴봤다. 그 결과 음식을 섭취할 때 뇌에서 도파민이 두 번 방출되는데 첫 번째는 입 안으로 음식이 들어가서 맛을 느낄 때와 두 번째는 음식이 위장에 도착했을 때이다. 첫 번째 도파민이 분비되는 곳은 보상과 감각 인식과 관련된 뇌 부위였지만 두 번째 도파민이 분비되는 부분은 좀 더 높은 인지기능과 관련된 영역에서였다. 지금까지 위장에 음식이 도달했을 때 도파민이 분비되는 것은 생쥐실험에서는 확인됐지만 인간에게서 확인된 것은 이번이 처음이다. 그렇지만 맛있는 음식과 맛없는 음식을 먹었을 때 도파민의 분비량과 뇌 부위는 다른 것으로 조사됐다. 맛있는 음식을 먹었을 때는 입 안에 들어갔을 때 도파민 분비가 활발했고 맛없는 음식을 먹었을 때는 위에 도착했을 때 도파민 분비가 활발한 것으로 나타났다. 연구팀에 따르면 음식을 먹을 때 사람마다 일정한 도파민 분비량이 있기 때문에 충분한 도파민이 방출될 때까지 계속 먹게 되는 것이라고 설명했다. 맛없는 음식을 먹게 되면 충분히 먹었다고 하더라도 도파민 분비량이 적정 수준에 도달하지 못했기 때문에 식사 뒤 간식이나 다른 먹거리를 찾게 되는 것이라는 말이다. 헤이코 벡스 독일 막스플랑크 대사연구소 교수는 “이번 연구결과는 사람들이 과식을 하는 이유를 알게 해줄 뿐만 아니라 이를 활용하면 과식을 줄이고 몸에 부담을 주지 않고 식이조절을 할 수 있는 방법을 찾을 수 있게 될 것”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

전 세계적으로 사용되는 유방암 치료용 항암제가 뇌의 인지기능과 기억력에 부정적인 영향을 미친다는 연구결과가 나왔다. 논란의 도마에 오른 것은 레트로졸(Letrozole)로, 국내에서는 폐경 후 여성의 일차내분비요법에 사용되거나, 영국에서와 마찬가지로 전이성 유방암에 아로마타제 억제제로서 이 약을 처방한다. 영국 국민건강서비스(NHS) 통계에 따르면 지난해 영국에서는 총 75만 5866회의 처방이 내려졌다. 영국암연구센터는 이 약을 처방받은 환자 중 30%가 열이나 피로감 같은 부작용을 경험했다고 밝혔지만, 캐나다 토론토대학의 최근 연구에 따르면 약물의 부작용을 훨씬 더 심각한 것으로 보인다. 연구진은 원숭이를 대상으로 4주간 이 약을 투여한 뒤 변화를 살폈다. 그 결과 원숭이들은 4주 후부터 고열과 불안증세 등을 보였으며, 특히 해마의 기능이 손상된 것을 확인했다. 해마의 세포가 손상되면서 기억력 감소 증상이 나타났고, 이러한 부작용은 약물을 복용한 지 불과 4주 만에 나타났다. 일반적으로 레트로졸은 폐경 이후 유방암환자들에게 처방되는 아로마타제 억제제다. 10명 중 1명 꼴로 콜레스테롤 수치가 증가하고 관절 통증이 생기는 부작용이 있다고 알려져 있다. 또 머리카락이 가늘어지거나 질 건조증 등의 부작용도 보고돼 있다. 그러나 해마에 직접적인 손상을 유발한다는 사실이 입증된 것은 이번이 처음이다. 해마는 감정을 조절하고 기억력과 인지능력 등에도 영향을 미친다. 연구진은 “유방암 환자에서 레트로졸이 긍정적인 영향을 미치게 하기 위해서는 추가 연구가 필요하다”면서 “이번 연구결과는 현재 약물치료를 받고 있는 여성들이 경험한 일부 증상을 정상화하는데 도움이 될 것”이라고 설명했따. 세계 암연구기금에 따르면 유방암은 전 세계적으로 여성에게서 가장 흔히 나타나는 암으로, 2012년 한 해 동안 약 170만 명이 진단을 받았다. 이번 연구결과는 국제 학술지 '신경과학저널‘(Journal of Neuroscience) 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

강릉 펜션사고로 원주 세브란스기독병원에 입원해 중환자치료를 받던 학생 중 한명이 일반병실로 이동할 수 있을 정도로 호전됐다. 사고가 발생했던 지난 18일 원주 세브란스 기독병원으로 이송된 학생들은 당시 의식 상태가 4~5단계(총 1~5단계)로 매우 좋지 않고 일부 장기 손상 소견을 보였지만, 응급산소치료 후 저체온치료를 통해 21일부터 자가호흡을 시작하는 등 안정세로 접어들었다. 원주 세브란스 기독병원은 24일 브리핑을 열고 “학생 두명에 대한 초기 고압산소치료 이후 저체온치료를 종료했고 주말 동안 진정수면제를 끊었다. 현재 한명의 의식이 완전 회복돼 인공호흡기를 뗐으며 의식이 명료한 상태”라고 밝혔다. 차용성 응급의학과 전문의는 “이 학생은 오늘 일반병실로 이동해 가족과 함께 있을 예정이며 같이 축구얘기도 할 정도로 대화가 가능하다”고 말했다. 이 병원에서 치료를 받고 있는 또 다른 학생 역시 현재 소리에 대한 반응이 명확하게 나타나고 있고 말로 지시하는 것에 대해 일부 수행하는 모습을 보이고 있다고 설명했다. 그러나 차 전문의는 “이 학생은 다른 학생에 비해 진정수면제를 좀 더 오래 용량도 더 많이 투여해 현재까지 진정수면제 효과가 남아있음을 고려할 때 정확한 의식체크는 어려운 상황이다. 의식이 조금 더 또렷해지면 인공호흡기 제거를 고려하고 있다”라고 덧붙였다. 아울러 앞으로의 치료 계획에 대해서도 언급했다. 차 전문의는 “향후 지연성 뇌합병증 발생을 예방하고 만약 발생하면 바로 치료에 들어가도록 학생들은 최소 한 달간 입원치료를 하며 입원 기간 주기적인 인지 기능평가와 뇌 영상촬영을 실시하고 고압산소치료도 추가할 것”이라고 밝혔다. 김유민 기자 planet@seoul.co.kr

20년 전 과학자들은 남아프리카공화국 요하네스버그 인근 동굴에서 보존 상태가 가장 완벽한 오스트랄로피테쿠스 화석인 '리틀 풋'(Little Foot)을 발견했다. 이 화석은 기념비적인 오스트랄로피테쿠스 화석이자 인류의 조상 화석으로 유명한 루시보다 오래되고 더 잘 보존된 화석 표본으로 과학자들의 관심을 끌었지만, 기반암과 너무 단단히 결합한 상태라 손상 없이 분리하는데 20년의 세월이 필요했다. 최근 리틀 풋을 온전하게 발굴하는 데 성공한 남아프리카공화국 비트바테르스탄트 대학의 연구팀은 마이크로 CT를 통해 이 화석에서 가장 흥미로운 부분인 두개골을 상세히 연구했다. 루시의 경우 전체 골격이 상당히 잘 보존되어 있지만, 아쉽게도 두개골은 일부만이 보존돼 전체 모습을 확인하기 어려웠다. 반면 리틀 풋의 경우 뇌를 보호하는 두개골의 모든 부분이 잘 보존되어 발견 당시부터 큰 관심을 끌었다. 리틀 풋의 연대는 367만 년 전으로 루시보다 오래됐기 때문에 인류의 조상이 다른 유인원의 공통 조상에서 분리된 후 뇌의 진화가 어떻게 진행됐는지에 대한 결정적 정보가 있을 것으로 기대됐다.비트바테르스탄트 대학의 아멜리에 뷰뎃 박사는 마이크로 CT 데이터를 이용해서 리틀 풋의 뇌가 현생 인류와 침팬지 같은 다른 유인원의 특징을 같이 가지고 있다는 사실을 발견했다. 물론 뇌 자체는 화석으로 남기 어려운 부드러운 조직이라 직접 비교할 순 없지만, 뇌가 있었던 두개골 안쪽의 주름과 입체적 구조를 통해 뇌의 크기와 형태에 대한 추정이 가능하다. 이번 연구에서는 리틀 풋이 인간과 비슷한 중간 뇌막 혈관(middle meningeal vessel)을 가지고 있다는 점이 밝혀졌다. 이 혈관은 뇌에 산소를 공급하고 온도를 유지하는 기능을 하기 때문에 초기 오스트랄로피테쿠스 역시 현생 인류처럼 뇌 기능이 활발했다는 점을 보여준다. 리틀 풋의 뇌는 사실 인간보다는 침팬지에 가까운 크기지만, 이런 특징을 감안하면 침팬지보다 더 높은 지능을 가졌을 가능성이 크다.반면 침팬지와 비슷한 원시적 특징도 같이 발견됐다. 리틀 풋은 상대적으로 큰 시각 피질(visual cortex)을 지녔지만 두정엽(parietal cortex)은 작았는데, 이는 현생 인류보다는 침팬지와 비슷한 특징이다. 이는 인간 뇌의 진화 과정을 보여주는 중요한 발견으로 이 연구는 '인간 진화 저널'(Journal of Human Evolution) 최신호에 발표됐다. 아마도 367만 년 전 리틀 풋은 지금 현생 인류와는 비교할 수 없을 정도로 낮은 지능을 지니고 있었을 것이다. 하지만 이들이 있었기 때문에 지금의 우리도 존재할 수 있다. 이들의 진화 과정을 이해하는 것은 결국 지금의 우리를 이해하는 과정이다. 앞으로도 인류 진화의 비밀을 밝히기 위한 연구가 계속될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

건강식을 먹고 운동하면 반년 만에 뇌 나이가 현저하게 젊어진다는 것을 보여주는 연구결과가 나왔다. 미국신경학회(AAN) 학술지 ‘신경학’(Neurology) 최신호에 실린 연구논문에 따르면, 6개월간 식사할 때 건강한 음식을 먹고 주 3회 30분 이상 운동하면 노화에 의해 저하된 뇌 나이가 약 10년 정도 젊어졌다. 이같은 결과를 발표한 미국 듀크대의료원 연구진은 피험자들을 노화에 따른 뇌기능 저하를 겪고있는 평균나이 65세 노인 160명을 대상으로 했다고 설명했다. 이들 참가자는 치매를 앓고 있진 않았지만, 의사결정을 내리거나 계획을 세우고 실천하는 데 약간의 문제가 있었고 주로 의자나 소파에 앉아서 생활하는 습관을 가지고 있었다. 연구진은 이런 참가자를 대상으로 연구 초기에 일련의 사고력 검사를 시행해 이들의 뇌 나이가 평균 93세임을 확인했다. 이후 이들 참가자는 무작위로 4개 그룹으로 분류돼 연구진이 제시한 대로 생활했다. 첫 번째 그룹은 연구진이 제시한 운동 프로그램을 실천했다. 주 3회 35분 동안 걷거나 자전거를 타고 또는 조깅하는 것이었다. 그다음 그룹은 운동 프로그램은 물론 건강한 식습관을 실천했다. 여기에는 통곡물과 채소, 그리고 과일 같이 몸에 좋은 음식을 먹는 것이 포함됐다. 이어 세 번째 그룹은 운동 프로그램을 제외하고 건강한 식단만 실천하게 했고, 나머지 마지막 그룹은 전화 통화를 통해 자문의사로부터 건강 조언만을 받았다. 그리고 관찰 기간이 끝날 무렵은 물론 중간 시점에도 일련의 사고력 검사를 진행해 노화에 따른 뇌기능 저하가 어떻게 변화하는지를 자세히 살핀 결과, 건강 조언만 받은 그룹을 제외하고 나머지 모든 그룹에서 뇌기능 저하가 역전되는 현상이 나타났다. 특히 운동과 건강 식단 모두 실천한 두 번째 그룹은 그 향상 정도가 가장 높았는데 이들의 뇌 나이는 평균 84세로 젊어졌다. 이에 대해 연구진은 “이번 연구는 비교적 짧은 기간에 생활방식을 바꿔도 노화에 따른 사고력 문제를 크게 개선할 수 있다는 것을 보여준다”면서도 “운동과 건강한 식단이 심장이 더 잘 활동하도록 도와줌으로써 뇌로 가는 혈류량을 늘려 사고력을 높인 것으로 추정된다”고 설명했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

임신은 축복이라고들 하지만, 세상 모든 아이가 무사히 태어날 수 있는 것은 아니다. 호주 퍼스에 사는 한 여성도 최근 둘째가 생겨 누구보다 기뻐했지만 임신 16주 만에 아이와 헤어질 수밖에 없었던 슬픈 일을 겪고 말았다. 영국 일간 데일리메일 등 외신은 18일(현지시간) 지난 8월 임신 중단을 선택해야만 했던 28세 여성 저스틴 잠포냐의 사연을 소개했다. 그녀가 인스타그램을 통해 밝힌 게시물에 따르면, 임신 14주 검진 때 뱃속 아이가 뇌가 자라지 않는 무뇌증 진단을 받았다. 이 때문에 현재 단계에서 임신을 중단할지 아니면 임신을 계속해 출산할지 선택해야 하고 만일 만삭 출산을 하더라도 아이가 살 수 있는 시간은 몇 시간밖에 되지 않는다고 담당의사가 말했다는 것이다.지난 2016년 1월 첫 아이로 아들 체이스를 얻었던 그녀와 남편 타이는 이번에 둘째를 임신했을 때 진심으로 기뻐하며 아이가 태어나기만을 기대하고 있었다. 담당의사에게 여자아이라는 말을 듣고나서 지아라는 이름까지 정해놨었지만, 아이의 생존 가능성이 거의 없어 부부는 고심 끝에 임신 중단을 선택한 것이었다. 이에 따라 저스틴은 임신 16주에 들어서는 동시에 태반 기능을 막는 약을 복용해 출산을 유도하는 조치를 받기로 했었다. 그러던 지난 8월 27일, 부부는 아이와 헤어지는 날을 맞았다.자연 분만에 가까운 형태로 임신을 끝낸 부부는 이 세상에서 살지 못한 딸과 이별의 시간을 보냈다. 그때의 모습은 인스타그램을 통해서도 공개됐다. 거기에는 니트 모자를 쓴 작은 지아에게 다정하게 키스를 하는 엄마, 아빠의 모습이 담겼다. 그리고 이 같은 사연에 많은 사람이 눈물짓고 말았다. 사진=저스틴 잠포냐/인스타그램 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

최악의 난치성 자가면역질환인 루프스는 얼굴에 나비모양의 홍반이 나타나는 것이 특징인데 마치 늑대에 물린 것과 비슷해 늑대를 의미하는 라틴어 ‘Lupus’로 불린다. 루프스의 원래 명칭은 ‘전신성 홍반성 루프스’로 얼굴 뿐만 아니라 몸 전체에서나 증상이 나타날 수 있다는 것이다. 루프스로 인해 나타나는 증상은 700가지 이상이며 루프스 발병과 관련된 변이 유전자만도 60개 정도로 정확히 루프스를 유발시키는 원인은 밝혀지지 않은 상태다. 이 때문에 루프스가 발병하면 증상을 완화시키는 대증요법 수준의 치료만 가능할 뿐 근본적 치료는 어려운 상태다. 그런데 국내 연구진이 루프스를 유발시키는 발병 유전자를 찾아내 치료제 개발에 청신호를 켰다. 기초과학연구원(IBS) 면역미생물공생연구단, 포스텍 생명과학과, 아주대병원 류머티스내과 공동연구팀은 ‘Ets1’라는 유전자의 변이나 결실이 루프스 발병에 핵심적 요인이라는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구결과는 면역학 분야 국제학술지 ‘면역’ 19일자에 실렸다. 루프스는 단순히 피부에 홍반이 생기는 것 뿐만 아니라 피부, 신장, 폐, 혈관, 뇌 등 신체 각 부위에 염증을 일으키고 심할 경우 사망에 이르게 하는 질환으로 국내에서도 2만 여명의 환자가 있는 것으로 추정되고 있다. 연구팀은 아시아계 루프스 환자에게서 Ets1 유전자 변이가 많이 나타난다는 사실에 주목했다. 연구팀은 Ets1 유전자를 만들어 내지 못하는 생쥐들의 경우 루프스 환자처럼 비장이 커지고 임파선염, 피부염 등의 증상이 나타나는 것을 확인했다. 특히 이 과정에서 항체 생성에 도움을 주는 면역T세포의 일종인 Tfh2 세포가 루프스 증상을 유도한다는 사실도 처음으로 밝혀냈다. Tfh2 세포의 증가는 항체 생성을 촉진하는 인터루킨4 단백질의 증가에도 밀접하게 연관된다는 것을 알아냈다. 즉 Est1 유전자에 돌연변이가 생기면서 Tfh2 세포가 급격이 증가하고 인터루킨4 단백질 생성이 많아지면서 건강한 장기를 외부에서 침입한 이질적인 존재로 인식해 공격하는 자가 항체가 만들어진다는 것이다.실제로 루프스 증상이 나타난 생쥐에게 인터루킨 4 활성을 저해시키는 항체를 투여하면 루프스 증상이 완화된다는 사실을 연구팀은 확인했다. 연구팀은 루프스 환자의 혈액 내 T세포에서 Ets1 단백질 발현이 저하된다는 사실을 확인함으로써 Ets1 유전자 변이가 루프스 환자의 중증도에 밀접한 관계가 있다는 것을 밝혀냈다. 임신혁 포스텍 교수는 “이번 연구는 그동안 밝혀지지 않았던 Est1 유전자와 Tfh2 세포의 관계를 밝혀냄으로써 Tfh2 세포의 생성과 기능을 제어할 수 있는 약물이 개발된다면 자가면역 질환 치료에 도움이 될 수 있음을 보여줬다”고 말했다. 서창희 아주대의대 교수도 “동물실험 결과가 실제 환자에게서 관찰되는 비슷한 병리적 증상이 나타난다는 것을 확인함으로써 신규 치료제 개발에 청신호가 켜졌다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

치매를 일으키는 가장 흔한 신경퇴행성 뇌질환 알츠하이머병을 조기진단하는 뇌스캔 기술을 미국 과학자들이 개발해냈다. 미국핵의학회 공식학술지 ‘핵의학저널’(Journal of Nuclear Medicine) 12월호에 실린 연구논문에 따르면, 존스홉킨스의대 연구진이 개발한 이 기술은 PET(양전자방출촬영) 기술로, 이른바 ‘추적자’(tracer)로 불리는 방사성 진단약을 뇌에 주입하면 알츠하이머병의 원인 중 하나인 타우 단백질과 결합해 조기진단이 가능하다. 특히 이번 진단약은 기존 진단약보다 타우 단백질에만 결합해 잠재적 타우 단백질의 정량화를 더욱 명확하게 해준다고 연구진은 설명했다. 따라서 이번 기술은 알츠하이머병을 조기진단해 진행을 늦추고 더 나아가 치료하는 길을 연 것이라고 볼 수 있다. 물론 알츠하이머병은 타우 단백질 외에도 아밀로이드 베타로 불리는 단백질도 관계가 있다. 이런 단백질이 뇌에 축적되면 뉴런(신경세포)에 산소 공급을 막아 사멸하게 함으로써 기억 손실과 혼란을 일으키는 것이다. 결국 알츠하이머병 환자는 인지기능과 행동기능, 그리고 신체기능의 능력이 떨어지는 경험을 하게 된다. 이에 대해 이번 연구에 주저자로 참여한 존스홉킨스의대 방사선학자 딘 웡 박사는 “알츠하이머병을 연구할 때 가장 크게 문제가 되는 점 중 하나가 바로 이런 단백질이 실시간으로 늘어나는 것을 지켜볼 수 없었다는 것”이라고 설명했다. 연구진은 이전 연구에서 잠재적 방사성 진단약 약 550개를 시험한 뒤 3개로 축소할 수 있었다. 그리고 이번 연구에서 이들은 알츠하이머병 환자 12명을 비롯해 젊은 대조군(만 25~38세) 7명과 나이 든 대조군(만 50세 이상) 5명을 대상으로 방사성 진단약의 성능을 조사했다. 연구진은 첫 번째 실험에서 각 참가자를 대상으로 진단약 후보 3개 중 2개를 임의로 주입하고 나서 PET 스캔을 통해 성능을 평가했다. 이를 통해 18F-RO-948로 명명된 진단약 후보의 성능이 가장 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다. 두 번째 실험에서는 이 최적의 진단약 성능을 더욱 자세히 확인하기 위해 알츠하이머병 환자 11명과 대조군 10명을 대상으로 16개월 뒤 추가 PET 스캔을 시행했다. 그리고 이를 통해 이 진단약 후보가 현재 쓰이고 있는 18F-AV1451보다 다른 조직에 무분별하게 달라붙지 않아 정량화할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 이번 진단약이 뇌에 얼마나 많은 타우 단백질이 쌓이는지를 더 잘 이해할 수 있게 해주는 것이다. 이에 대해 웡 박사는 “이제 우리는 신경과학자들이 알츠하이머병을 조기에 진단하고 앞으로 치료 방법을 개발하는 데 도움이 되는 뇌 속 타우 단백질을 영상화하는 데 적어도 두 가지 방법을 알게 된 것”이라고 말했다. 사진=존스홉킨스 의대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

몇 년 전 60대 중반의 남성이 필자의 외래진료실을 찾아왔다. 놀랍게도 30대 중반부터 30년간 한 번도 누워서 잔 적이 없다고 했다. 그는 자려고 누우면 다리에 형언하기 힘든 이상한 느낌과 다리를 움직이고 싶은 충동이 들어 밤새 다리를 주무르며 졸았다가 깨기를 반복했다.하지만 낮에는 아무 이상 없이 지냈고 다시 밤이 돼 자려고 누우면 증상이 시작됐다. ‘하지불안증후군’의 전형적인 증상이었다. 필자는 뇌에서 ‘도파민’을 증가시키는 약물을 처방했고, 그다음부터 환자는 편안히 잘 수 있었다고 했다. 이후 아들도 같은 증상이 있다며 함께 내원해 치료를 받고 증상이 개선됐다. 너무도 극적으로 증상이 완화된 환자여서 지금도 기억에 남는다. 하지불안증후군 환자의 뇌에는 어떤 변화가 있는 것일까. 하지불안증훈군이 의학적으로 알려지기 시작한 것은 1944년 스웨덴의 신경학자 칼 에크봄 박사가 자신의 박사학위 논문을 발표하면서다. 또 토머스 윌리스라는 영국 의사는 1685년 첫 번째 증례 보고를 발표하기도 했다. 그래서 하지불안증후군을 ‘윌리스-에크봄 병’으로도 부른다. 하지불안증후군의 정확한 병태생리는 밝혀지지 않았지만 철분 저하와 도파민 계통의 기능 이상이 원인으로 지목되고 있다. 철분이 도파민 생산 경로에서 조효소로 작용하는 것을 감안하면 두 원인은 연관성도 있다. 따라서 철결핍성 빈혈, 임신, 만성 콩팥 질환이 있는 환자에게서 하지불안증후군이 잘 나타날 수 있다. 철분을 보충하는 것만으로도 증상이 없어지기도 하기 때문에 치료 초기 ‘저장철’(페리틴) 검사는 필수다. 하지만 철분 이상이 없는 환자 사례가 더 많기 때문에 철분 부족만 원인이라고 단정할 수 없다. 우리나라 유병률은 0.9%이고 환자의 60% 이상에서 가족력이 있다. 유전자 연구에서는 유전적 소인과 조기 발병의 강한 상관관계를 발견했다. 특히 철분의 이동, 도파민 합성, 운동신경 발달, 도파민 뉴런의 보호, 척수 감각 경로 발달 등과 관련된 유전자의 연관성이 높다. 뇌영상 연구에서는 운동 조절과 관계되는 ‘흑질’과 ‘조가비핵’에서 철분량이 낮아져 있었다. 최근 조용원 계명대 의대 교수팀의 보고에 따르면 신경세포로 철분이 제대로 흡수되지 않으면 1차적으로는 흑질과 시상에서 도파민 기능 이상이 나타나지만, 이어 도파민 관련 네트워크와 감각운동 네트워크로 기능 이상이 확대된다고 한다. 1년 전 학술지 ‘네이처 제네틱스’에는 영국 바이오뱅크 데이터를 기반으로 한 불면증의 유전체 연관성 연구 결과가 실렸다. 흥미롭게도 하지불안증후군과 연관성이 높은 ‘MEIS1 유전자’가 불면증 연구에서도 가장 연관성이 높은 것으로 나타났다. 하지불안증후군은 비교적 새롭게 발견된 질환으로, 환자와 의사 모두 대수롭지 않게 여길 수도 있다. 그러나 일단 진단만 하면 비교적 치료 반응이 좋아 꼭 수면의학 전문가를 찾아 조기진단과 치료를 하도록 권하고 싶다.

국내 연구진이 색상과 형태 정보를 동시에 학습하고 인지할 수 있는 인공지능(AI) 반도체 소자 기술을 개발해 주목받고 있다. 성균관대, 한양대, 미국 스탠포드대, 캘리포니아 샌디에고대(UC샌디에고) 공동연구팀이 사람 뇌의 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 결합시켜 한 단계 진화된 시신경 모방 광시냅스 소자를 구현하는데 성공했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호에 실렸다. 슈퍼컴퓨터나 인공지능에 장착될 뉴로모픽 칩은 사람의 뇌가 작동하는 방식을 모방해 대량의 정보를 동시에 처리할 수 있어 전력 소비가 적고 스스로 학습해 나갈 수 있는 차세대 정보처리 칩으로 주목받고 있다. 이 때문에 많은 연구자들이 시냅스 모방 반도체 소자 연구를 진행 중이다. 그러나 지금까지 개발된 시냅스 모방 반도체 소자는 기본적인 시냅스 동작 특성만을 갖고 있어 이미지의 형태 정보만을 습득해 인지하는데 그쳤다. 연구팀은 원자 두께만큼 얇은 2차원 나노판상 구조를 갖는 질화붕소와 텅스텐 다이셀레나이드를 수직으로 쌓아올린 구조에 시냅스 모방 반도체 소자와 광반도체 센서를 함께 구현해 냈다. 이렇게 만들어진 시냅스 모방 반도체 소자는 장기 기억 강화 기능에서 우수한 시냅스 특성을 보였으며 인간의 눈 역할을 하는 광반도체 센서에는 특정 색의 레이저를 비췄을 때도 우수한 기능을 보이는 것을 연구진은 확인했다. 즉 색상과 형태 정보를 동시에 학습하고 인지할 수 있는 반도체 소자를 만들어 낸 것이다. 박진홍 성균관대 전자전기컴퓨터공학과 교수는 “빛을 감지하는 반도체 소자 뿐만 아니라 다양한 신호를 감지할 수 있는 반도체 소자를 결합함으로써 사람의 오감과 비슷한 신경계를 모방해 대량의 정보를 효율적으로 처리할 수 있을 것”이라며 “뉴로모픽 칩 기능의 다각화를 통해 인공신경망 기반 차세대 컴퓨팅 시스템 발전에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr