건강검진이나 암이 의심스러울 때 사람들은 병원에서 X선이나 컴퓨터단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI), 양전자단층촬영(PET)을 한다. 비용도 비용이지만 CT, PET 검사는 검사 직전에 조영제라는 방사성 의약품을 삼키거나 주사를 맞아야 한다. 조영제에 대한 거부반응 뿐만 아니라 그로 인해 검사과정에서 나타날 수 있는 신체적 불쾌감 때문에 꺼리는 검사를 꺼리는 이들도 많다. 국내 연구진이 조영제 같은 방사성 물질 도움 없이도 암이나 특정 질병을 정확하게 진단해 낼 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국전자통신연구원(ETRI) 지능로봇연구실, 을지대 의대, 이화여대, 한국기초과학지원연구원 공동연구팀은 자성을 띠는 산화철 나노 입자를 이용해 암은 물론 여러 특정 질병을 찾아낼 수 있는 의료영상 장비인 ‘자성입자 영상시스템’(MPI) 개발에 성공했다고 21일 밝혔다. 이번 연구성과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’에 실릴 계획이다. 암 확진 환자의 경우는 PET 검사를 통해 암의 정확한 위치를 찾는데 도움을 받을 수 있지만 단순한 건강검진이나 진단 목적으로 PET 촬영을 할 경우 적은 양이지만 방사선 피폭 때문에 우려하는 사람들이 많다. 연구팀은 산화철이 자성을 띠는 물질이지만 인체에 무해하다는 점에 착안해 외부에서 자기장을 걸어 산화철 위치를 파악하는 MPI 기술을 개발했다. 산화철 입자에서 나오는 자기장 신호를 인체의 3차원 공간 정보와 결합하면 정확한 질병 부위를 찾을 수 있게 된다. 더군다나 산화철 입자는 인체에 무해할 뿐만 아니라 사람 몸 속에 있는 항원-항체 단백질을 산화철 입자에 코팅해 주입하면 질병 발생 부위를 손쉽게 찾을 수 있을 뿐만 아니라 장기적으로 사용이 가능해 만성질환 추적과 진단에도 도움이 된다. 더군다나 항원-항체를 바꿔주면 다양한 질병을 탐색이 가능하다. 이 때문에 MPI는 2000년대 초부터 개발이 시작됐지만 실제 생체 영상을 촬영할 수 있는 기술을 갖고 있는 곳은 전 세계적으로 필립스와 마그네틱 인사이트라는 2곳에 불과하다.연구팀은 자기장 발생장치, 중앙제어시스템, 관련 소프트웨어까지 장비에 필요한 원천기술 대부분을 독자 개발했으며 크기 역시 가로 세로 각각 170㎝, 60㎝로 소형화해 소모 전류량을 상용화된 다른 MPI 장비보다 100분의 1 수준이다. 소형화되면서 제작 가격도 20분의 1 수준으로 낮췄다. 연구팀은 이번에 개발한 MPI 기술로 생쥐를 대상으로 실험한 결과 자성 나노입자의 정확한 위치를 찾는데 성공했다. 연구진은 이번 기술을 실제 임상현장에서 사용하기까지는 7년 정도가 걸릴 것으로 보고 있다. 홍효봉 ETRI 박사는 “이번 기술은 인체에 무해한 산화철 나노입자를 이용해 각종 질병을 확인할 수 있다는 점에서 기존 영상장비들과 차별화된 것”이라며 “특히 항원-항체를 달리 함에 따라서 다양한 질병을 탐색할 수 있기 때문에 암은 물론 만성질환 등 다양한 질병을 관리하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 본다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

과학과 의료진단기술의 발달로 암의 조기진단 사례가 늘어나면서 환자의 시간적, 금전적 비용을 줄이고 빠르게 건강을 되찾는 경우가 증가하고 있다. 그러나 간혹 암이 아닌 것을 암으로 진단한다든지, 암을 다른 질환으로 진단하는 경우가 발생하기도 한다. 국내 연구진이 암진단 정확도를 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 연세대 의대 의생명시스템정보학교실 연구진은 환자의 암세포 시료를 분석할 때 외부 오염요인을 줄여 분석 정확도를 높일 수 있는 방법을 개발하고 생물학 분야 국제학술지 ‘지놈 생물학’(Genome Biology) 11일자에 발표했다. 의료진은 암에 걸린 것으로 추정되거나 치료를 받고 있는 환자에게서 유전자검사, 약물반응검사 등을 위해 종양조직을 여러 차례 분석한다. 여러 번 분석하기 때문에 충분한 양의 암 세포가 필요하지만 검사를 위해 채취할 수 있는 종양세포의 양은 제한적이다. 이 때문에 종양세포를 한 번 채취한 다음 종양유도생쥐(PDX, patient-derived xenograft model)나 미니장기, 유사장기로 불리는 오가노이드를 만들어 증식시켜 분석에 활용하는 것이 일반적이다. 문제는 이렇게 만든 종양세포는 살아있는 쥐의 몸 속이나 생쥐에게서 추출한 세포질에서 배양된 것이기 때문에 최소 10%, 최대 70%까지 쥐의 세포가 묻어 함께 성장하게 된다. 이처럼 종양세포의 오염상태를 고려하지 않고 분석했다가는 잘못된 진단 결과가 나올 수도 있다. 이런 가능성은 의학계에서 꾸준히 제기돼 왔었지만 발생빈도가 밝혀지거나 예방법이 나오지는 않은 상태이다.연구팀은 이런 종양세포 분석 모델에서 나타날 수 있는 돌연변이 분석 오류를 찾아내고 사전에 오류를 막아 암세포 진단율을 높일 수 있는 방법을 개발했다. 연구팀은 생쥐와 사람에게서 나타나는 모든 유전자 서열의 차이점을 찾은 뒤 이를 ‘하마’(HAMA)라고 이름붙였다. 암세포 분석 과정에서 이런 하마가 나타나면 질병 관련 유전적 변이로 판단할 수 있는데 이번 연구를 통해 생쥐의 유전체 정보로 인한 오류 가능성을 다시 확인할 수 있도록 만든 것이다. 연구팀은 이번 분석을 통해 그동안 잘 알려진 암 관련 돌연변이 데이터베이스 정보 중 생쥐를 이용한 실험모델에서 ‘하마’ 관찰빈도가 높게 나타난 것을 확인했다. 그동안 암 관련 돌연변이로 알려진 것들이 실제 사람의 몸에서 발생한 돌연변이가 아니라 생쥐의 세포에서 비롯된 것이라는 설명이다. 또 유전체 검사 데이터를 통해 나오는 하마의 비율을 토대로 환자의 암세포 배양시 나타날 수 있는 쥐 세포의 비율까지 계산할 수 있는 수식을 제시했다. 여기에 150가지가 넘는 가상의 오염데이터를 기반으로 비교분석함으로써 최적의 오염 배제 방법을 밝혀냈다. 연구팀에 따르면 이번 분석을 적용할 경우 기존 분석 대비 정확성이 58% 정도 높아진다. 김상우 연세대 의대 교수는 “이번 연구는 체외에서 보존, 증식된 환자 암세포 시료의 유전체 분석과정에서 발생할 수 있는 오류를 바로잡을 수 있도록 함으로써 더 정확한 정보에 기초해 환자를 치료할 수 있게 해 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘머릿 속의 지우개’ 치매는 과거의 기억들을 하나 둘 씩 지워버리며 종국에는 자신이 누군지도 모르는 최악의 상황까지 몰고가 ‘존엄한 삶’을 빼앗아가는 치명적인 질환이다. 치매를 유발시키는 원인의 50~70%는 알츠하이머인데 알츠하이머 발병원인이 정확히 알려지지 않아 치료방법도 개발되지 못하고 있는 상황이다. 국내 연구진이 현재 쓰이고 있는 항암제가 알츠하이머 원인 중 하나인 뇌염증을 억제할 수 있다는 것을 밝혀내 주목받고 있다. 한국뇌연구원 퇴행성뇌질환연구그룹은 만성 골수성 백혈병 치료제로 쓰이는 ‘다사티닙’이 알츠하이머 치매를 유발시키는 뇌염증을 억제하는데 도움을 줄 수 있다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 ‘신경염증’(Journal of Neuroinflammation) 11월호에 실렸다. 신경아교세포는 중추신경계 조직을 지지하는 역할을 하지만 지나치게 활성화되면 염증반응이 발생해 신경손상이나 기억력 감퇴 같은 증상을 드러내는 퇴행성 뇌질환을 유발시키는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 신약 재창출 기법을 통해 백혈병 치료제가 뇌염증 치료제로도 작용할 수 있다는 효능과 분자차원 메커니즘을 밝혀냈다. 신약재창출 기법은 임상에서 효과가 부족해 개발이 중단되거나 현재 사용되고 있는 약물의 새로운 약효를 찾는 기술이다. 협심증 치료제로 개발되던 중 임상시험에서 치료효과가 낮은 것으로 밝혀져 임상시험 실패 판정을 받았지만 성기능 치료에 효능이 있음이 인정돼 발기부전 치료제로 허가받아 성공한 비아그라가 신약재창출의 대표적 사례이다. 연구팀은 생쥐에게 뇌염증을 유발시켜 치매와 비슷한 증상을 앓도록 한 다음 다사티닙을 2주간 투여했더니 신경아교세포 활성이 줄어들고 전(前)염증성 사이토카인이라는 물질이 나타나는 것도 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 다사티닙을 투여받은 생쥐들에게서는 알츠하이머 치매 환자들의 혈액과 뇌에서 증가하는 것으로 보고된 ‘STAT3’ 단백질의 신호전달이 억제되면서 뇌염증 반응이 줄어들기도 했다. STAT3 단백질은 자가면역질환의 원인 단백질로 각종 염증질환의 치료 대상으로 꼽히고 있다.허향숙 뇌연구원 박사는 “이번 연구는 신약 재창출 기술로 백혈병 치료제가 치매 치료에 도움이 된다는 사실을 새로 밝혀냈다는데 의미가 크다”라며 “이번 연구결과로 사람에게서도 염증성 퇴행성 뇌질환 치료제로 쓸 수 있다고 하면 신약개발에 드는 비용과 시간을 줄일 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

중국의 연구자들이 살아있는 돼지를 자동차 충돌 테스트에서 더미(dummy·인체모형) 대신 사용한 사실이 알려지자 동물보호 운동가들이 반발하고 나섰다. 중국 교통의학연구소 연구진이 올 초 ‘국제 충돌내구성 저널’(International Journal of Crashworthiness) 온라인판에 발표한 한 연구 논문에서 자동차 충돌 테스트용으로 살아있는 돼지들을 사용했다는 기록이 최근 인터넷상에서 확산해 논란이 일어났다고 영국 일간 데일리메일이 1일(현지시간) 전했다. 보도에 따르면, 문제의 논문에서 중국의 연구진이 자동차 충돌 테스트용으로 미성숙 돼지 15마리를 사용했다고 밝혔다.비용을 줄이기 위해 수십만 달러가 들 수 있는 더미 대신 돼지를 사용했다는 의혹이 제기되고 있지만, 이들 연구자는 돼지의 해부학적 구조가 인간 아이들과 비슷하다고 주장하며 미성숙 돼지의 사용을 정당화하고 있는 것으로 전해졌다. 또 이들은 이들 돼지는 6세 아동을 대신한 것으로 테스트에 이용하기 위해 미국의 가이드라인(권고)을 따랐고, 이번 연구는 한 윤리위원회의 승인을 얻었다고 주장했다. 논문에 따르면, 생후 70~80일 된 미성숙 돼지 15마리는 충돌 테스트를 위해 다양한 안전띠에 묶여 있어야 했다. 이들 돼지는 테스트 전 24시간 동안 어떤 먹이도 먹지 못했으며, 테스트 6시간 전부터는 물도 마시지 못했다. 그리고 흥분과 스트레스를 줄이기 위해 마취제를 투여받았다.연구진은 “충돌 테스트에서 돼지 7마리가 즉사했고, 나머지 8마리는 충돌 뒤 6시간 동안 생존했다”고 밝혔다. 그리고 이들은 이번 테스트 이후 이들 돼지가 어떻게 다쳤고 죽었는지 정확히 알아내기 위해 상세한 부검을 시행했다고 말했다. 이들은 논문에서 자동차 충돌로 인한 부상의 일반적 유형은 찰과상과 타박상, 열상, 출혈 그리고 골절 등이 포함됐다고 설명했다. 이에 대해 국제동물보호단체 페타(PETA·동물의 윤리적 처우를 지지하는 사람들)는 성명을 통해 “우리는 이런 테스트를 잔인하고 정당하지 않은 관행으로 불리도록 하는 것이 목표”라면서 이런 실험을 시행한 연구기관에 동물 사용 중단을 촉구하는 서한을 발송했다고 밝혔다. 또 이 단체는 “돼지들은 자연스럽게 차량 좌석에 앉지 못한다. 그들의 해부학적 구조는 또한 인간과 매우 달라서 이런 끔찍한 테스트로 얻은 데이터는 자동차 충돌 사고를 당한 인간 희생자들에게 적용되지 않는다”고 설명했다. 이어 “수년 전부터 자동차 회사들은 이런 테스트가 쓸모 없다는 사실을 알았으며 충돌 사고로 인간이 경험하는 것에 대해서는 어떤것도 알려주지 않았다”면서 “테스트에 지능이 있는 동물을 사용하는 것은 잔인하고 구식이며 부당한 것”이라고 덧붙였다. 사실 이런 잔인한 테스트는 한때 미국에서도 시행된 적이 있었다. 1993년 페타의 대대적인 시위로 자동차 기업 제너럴 모터스는 모든 동물 테스트를 중단한다고 발표했었다. 당시 제너럴 모터스는 10년 동안 실험실에서 수천 마리의 개와 토끼, 돼지, 페렛, 쥐와 생쥐를 이용했음을 인정한 바 있다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

진준오 영남대 의생명공학과 교수(제1저자)와 곽민석 부경대 화학과 교수(교신저자)가 우리 몸이 가진 면역세포의 항암작용을 높일 수 있는 핵산 복합물질을 개발했다. 부경대 김해주 박사과정, 한국기초과학지원연구원(KBSI) 허양훈 박사, 독일 아헨공과대학교 안드레아스 헤르만(Andreas Herrmann) 교수도 연구에 참여했다. 연구팀이 개발한 핵산 복합물질은 암세포를 인식할 수 있는 센서로 작용할 단백질 조각과 면역 세포를 자극할 핵산물질 등 생체분자를 활용한 복합물질을 합성한 것이다. 핵산은 뉴클레오티드라(nucleotides)는 단위체로 구성된 중합체로 DNA와 RNA라는 두 가지 유형이 있으며, 유전정보의 저장과 전달, 발현을 돕는 기능을 담당한다. 이 중 DNA는 유전정보를 저장해 다음 세대로 전달하는 유전물질로 잘 알려져 있지만, 서열 특이적인 결합 특성으로 인해 나노구조물의 구성단위 또는 약물전달체로의 활용 가능성도 주목받아 왔다. 이번에 연구팀은 구(球)형으로 자가조립되는 지질 DNA에 암세포 인식력을 높일 단백질 조각과 면역증강효과가 있는 DNA 조각을 탑재한 복합물질(INA, Immunotherapeutic nucleic acid)을 제작했다. 연구팀은 이번에 개발한 핵산 복합물질을 종양을 가진 생쥐 투여 실험을 통해 종양의 성장과 전이를 억제하는 것을 확인했다. 흑색종에 걸린 생쥐에 투여한 결과, 흑색종 특이적인 단백질 조각에 선택적으로 반응하는 면역세포가 증식하는 것과 면역활성을 의미하는 염증성 단백질(Cytokine)이 분비되는 것을 확인했다. 또한 생쥐의 흑색종 및 상피세포암종의 성장을 억제하는 것을 연구를 통해 확인했다. 최근 병원균 등 외부침입에 대비해 우리 몸이 선천적으로 가진 면역세포를 활성화해 암세포를 공격하는 면역항암 연구가 활발하다. 특히 정상세포가 아니라 암세포만을 선별적으로 공격할 수 있도록 하는 것이 면역항암 치료의 중요한 과제로 대두돼 이번 연구 성과가 그 실마리를 제공할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업 및 신진연구자지원 사업으로 수행했다. 연구 성과를 담은 논문은 약학 분야 국제학술지 <저널 오브 컨트롤드 릴리즈>(Journal of Controlled Release) 최신호(10월 19일자)에 실렸다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

한국인의 하루 소금 섭취량은 2017년 기준으로 3669㎎으로 세계보건기구(WHO) 권고량인 2000㎎을 훌쩍 넘는다. 한식이 건강식이라고는 하지만 식단 특성상 국이나 찌개, 간장, 고추장, 각종 젓갈 등이 많다보니 기준치보다 많이 섭취하게 된다. 짭짤하지 않으면 음식 맛이 나지 않는다고 해서 국이나 찌개에 소금이나 간장을 추가로 넣는 경우도 많다. 짜게 먹는 습관이 계속되면 고혈압은 물론 뇌졸중, 심근경색 같은 심혈관 질환 뿐만 아니라 위염이나 위궤양, 위암을 앓게될 가능성도 높아진다. 그런데 미국 연구진은 고염식을 하면 인지기능을 떨어뜨리고 알츠하이머 치매를 유발할 가능성까지 높아진다고 밝혔다. 미국 코넬대 의대 뇌·마음연구소, 세인트루이스 워싱턴대 신경질환연구센터 공동연구팀은 생쥐실험을 통해 나트륨 함량이 높은 식사를 계속 하면 알츠하이머 치매의 원인인 타우단백질 변형과 축적을 가져와 인지기능까지 떨어진다는 사실을 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 24일자에 발표했다. 연구팀은 생후 8주가 지난 암수 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한쪽에는 사람 기준으로 나트륨 하루섭취 권고량과 비슷하거나 조금 낮은 수준의 0.5% 소금물과 음식을 제공하고 다른 한 쪽은 물과 음식을 포함해 4~8%의 고염식을 제공했다. 4~8% 나트륨은 기준치의 8~16배에 이르는 나트륨 함량이다. 연구팀은 이렇게 4~36주 동안 식사를 제공한 다음 미로찾기, 수영하기 같은 인지기능 테스트와 뇌관류 자기공명영상(ASL-MRI)으로 뇌를 관찰했다.그 결과 표준량의 염분을 섭취한 생쥐 그룹은 미로실험에 첫 번째는 어렵게 통과했더라도 다음번 똑같은 미로는 쉽게 통과하는 것이 관찰됐는데 과도한 염분 섭취를 한 생쥐 그룹은 새로운 사물을 인식하는 능력은 물론 미로실험을 쉽게 통과하지 못하는 것이 관찰됐다. 또 염분섭취가 많았던 생쥐들은 혈관을 둘러싼 세포의 기능이 떨어지고 혈관을 이완시키고 뇌를 보호하는 역할을 하는 산화질소 기능도 저하되는가 하면 뇌로 가는 혈류도 눈에 띄게 줄어들었다. 또 알츠하이머 치매 유발의 원인으로 지목되는 타우단백질의 변형도 많이 관찰됐다. 연구팀은 또 고염식 섭취 기간이 짧을수록 짜게 먹지 않으면 정상 회복 가능성이 높아지지만 고염식 섭취기간이 길어지면 인지기능 회복에 한계가 있는 것도 확인했다. 콘스탄티노 라데콜라 코넬대 의대 교수는 “이번 연구는 짜게 먹는 것이 뇌기능에 장애를 일으키며 오랜 기간 기준치의 2~3배가 넘는 나트륨 섭취를 오래 지속할 경우 알츠하이며 치매까지 유발해 인지기능에 돌이킬 수 없는 상황이 된다는 것을 보여준다”라며 “소금은 음식의 맛을 좌우하는 중요한 물질이지만 과다하게 섭취할 경우 인체를 망가뜨릴 수 있다는 사실을 명심해야 한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

가을이 깊어지면서 많은 사람들이 산과 들, 야외를 찾아나선다. 이 때 여름만큼은 아니지만 햇볕에 얼굴이 타는 것을 피하기 위해 자외선차단제를 사용한다. 그런데 하얀 피부를 위해 자외선 차단제를 지나치게 사용할 경우 안에 포함된 나노물질이 인체 주요 장기에 축적될 수 있다는 연구결과가 나왔다. 한국화학연구원 부설 안전성평가연구소 생체유해성연구그룹 유욱준 박사팀은 이산화티타늄 나노물질이 체내에 들어가면 뇌와 간, 태반 등에 축적되기 쉽다고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 독성학 분야 국제학술지 ‘파티클 앤드 파이버 톡시콜로지’에 실렸다. 나노물질은 다양한 생활용품 제조에 쓰이고 있는데 특히 이산화티타늄은 페인트, 코팅제는 물론 자외선차단제, 화장품에서 많이 사용되고 있다. 그렇지만 다른 나노물질처럼 이산화티타늄에 대한 안전성 여부는 명확히 밝혀져 있지 않은 상태이다. 더군다나 나노물질에 많이 노출될 경우 민감한 반응을 나타낼 수 있는 임산부에 대한 연구는 더 적다. 연구팀은 임신한 생쥐에게 이산화티타늄 나노물질을 투여한 뒤 안전성과 체내 주요 장기에서 나노물질이 어떻게 분포하는지 관찰했다. 그 결과 임신 중 이산화티타늄에 노출되면 간과 뇌, 태반에 축적된다는 것이 확인됐다. 그러나 특이한 독성학적 영향은 관찰되지 않았다고 연구팀은 밝혔다. 연구를 주도한 유욱준 박사는 “이번 연구는 노약자나 임산부 같은 건강취약층에서 나노물질이 체내에 들어갔을 때 어떤 영향을 미치는지를 살펴본 기초적인 연구”라면서 “동물실험에서 이산화티타늄 나노물질에 대한 독성이 발견되지 않았을 뿐 이산화티타늄이 안전하다고 단정하기는 어렵고 나노물질의 다양한 물리화학적 특성을 고려할 때 사람에 대한 추가적 안전성 연구는 필요하다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

과학과 의학의 발달로 과거 불치병이었던 ‘암’도 서서히 관리 가능한 질환으로 인식돼 가고 있다. 암을 치료하기 위해서는 다양한 항암제, 방사능치료, 외과수술 등의 방법이 쓰이고 있다. 외과수술 이후 항암제를 이용한 치료가 가장 널리 활용되고 있는데 항암제는 화학물질을 이용한 화학항암제, 암세포만 선택적으로 공격하도록 설계된 표적항암제, 인체 면역세포를 활성화시켜 암세포를 제거하는 면역항암제가 있다. 최근에는 환자에게 부담이 덜한 면역항암제가 주목받고 있는데 화학항암제만큼 효과가 크지 않다는 단점이 있다. 성균관대 나노공학과 연구진은 화학항암제와 면역제어물질을 함께 담은 생체이식형 전달체를 개발해 암세포 주변 미세환경을 바꿔 종양을 빠르게 제거할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다. 이번 연구결과는 소재분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’에 실렸다. 우리 인체에는 암 성장을 억제하는 면역세포도 있지만 암을 키우고 다른 조직으로 전이를 촉진시키는 면역세포도 있기 때문에 면역항암제는 일부 암종(種)이나 암환자에게만 효과를 보인다. 연구팀은 정상조직에도 영향을 미치는 단점이 있지만 여전히 효과가 큰 화학항암제와 암 성장촉진 면역세포를 억제할 수 있는 면역제어물질을 탑재한 전달체를 만들었다. 화학항암제가 정상조직에도 영향을 미칠 수 있는 만큼 종양부위에만 필요한 만큼의 항암제를 전달할 수 있는 동시에 암의 면역세포를 억제할 수 있도록 해 효과를 극대화시킨 것이다. 연구팀은 히알루론산처럼 생체적합형 소재로 지름 5~10㎜ 크기의 알약모양 전달체를 만든 뒤 그 안에 화학항암제 독소루비신과 면역제어물질을 담는데 성공했다. 이렇게 만든 ‘항암제+면역억제제’ 알약을 유방암과 자궁경부암을 유발시킨 생쥐에게 투여한 결과 암세포 성장이 억제되는 것이 관찰됐다. 실험에 활용된 암 생쥐모델은 면역항암제에 효과를 보지 못한 것들이었다. 또 생쥐들에게 종양을 제거하는 외과수술을 실시한 다음 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 항암제+면역억제제 알약을 투여하고 나머지 그룹은 면역항암제만 투여하고 관찰했다. 그 결과 이번 기술로 만들어진 알약을 투여받은 생쥐들은 수술 후 55일이 지난 뒤에도 대부분이 생존했지만 면역항암제만 투여한 생쥐들은 한 달 정도 지난 뒤 모두 사망했다. 임용택 성균관대 교수는 “이번 기술을 활용하면 환자마다 다른 종양미세환경에 맞는 면역억제인자를 분석한 뒤 환자맞춤형 약물을 탑재해 치료함으로써 그 효과를 극대화시킬 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“나 요즘 다이어트 시작했어”라고 말하는 사람들을 보면 가장 먼저 식단을 육류와 탄수화물류를 빼고 신선한 야채와 과일로 바꾼다. 실제로 조리 음식이 장내미생물의 종류와 숫자에 영향을 미친다는 연구결과가 나왔다. 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 미생물학·면역학과, 글래드스톤 연구소, 하버드대 시스템생물학센터, 인간진화생물학과, 화학·화학생물학과, 로렌스 버클리국립연구소 환경유전학및시스템생물학부, 에너지부(DOE) 산하 조인트게놈연구소, 보스턴대 의학과, 캐나다 맥길대 마이크로옴·질병센터 공동연구팀은 조리된 음식이 장내 미생물을 변화시킨다는 사실을 확인했다고 2일 밝혔다. 이같은 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘네이처 미생물학’ 1일자에 실렸다. 지금까지 많은 연구에서 장내 미생물은 만성염증, 체중증가는 물론 암 발생까지 건강에 다양한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 식단이 장내미생물에 어떤 영향을 미치는지 구체적으로 확인하기 위해 생후 21일된 생쥐 24마리를 4그룹으로 나눠 생고기, 조리된 고기, 생야채, 조리된 야채를 8주 동안 먹였다. 실험에 사용된 야채는 고구마, 감자, 옥수수, 완두콩, 당근, 사탕무였다. 8주 뒤 각각의 생쥐들 장내미생물을 채취해 분석한 결과 생고기와 조리된 고기를 먹은 생쥐들의 장내미생물은 크게 차이를 보이지 않았지만 야채의 경우는 조리된 것과 그렇지 않은 것들을 먹은 생쥐들 장내미생물의 종류나 숫자에 차이를 보였다. 연구팀은 생쥐 실험결과를 바탕으로 사람에게도 비슷한 결과가 나타나는지 확인하기 위해 8명의 건강한 남녀 대학생을 두 그룹으로 나눠 3일 동안 각각 조리된 음식과 조리되지 않은 음식만을 먹도록 한 뒤 분변 검사를 실시했다. 그 결과 사람에게서도 생쥐들과 똑같은 연구결과를 얻었다. 생쥐나 사람이나 조리되지 않은 음식을 먹는 사람들의 장내미생물 숫자와 종류가 다양한 것으로 조사됐으며 외부에서 침투하는 각종 세균이나 바이러스에 대항할 수 있는 면역력을 가진 장내미생물이 많은 것으로도 확인됐다. 조리된 음식을 많이 먹는 사람의 장내미생물들은 영양분을 더 많이 흡수하도록 돕기는 하지만 외부에서 침투한 물질에 대한 저항성은 낮은 것으로 나타났다. 피터 턴보 UCSF 교수는 “그동안 장내미생물 변화는 탄수화물 대사 변화 때문에 나타나는 것으로 알려져 있는데 이번 연구를 통해 장내미생물 군집 변화가 야채나 채소에 포함된 화학물질 때문에도 나타날 수 있다는 것을 밝혀낸 것이 이번 연구의 의미”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

갑자기 참을 수 없을 정도로 극심한 고통이 찾아오는 급성췌장염은 담석이나 만성음주가 주요 원인으로 발생하는 질병이다. 한국과 미국 공동연구진이 급성 췌장염을 효과적으로 치료할 수 있는 방법을 찾아냈다. 미국 국립보건원(NIH)과 연세대 치과대학 공동연구팀은 급성 췌장염이 발생했을 때 나타나는 칼슘신호 이상을 유발시키는 유전자를 발견하고 그 역할을 규명했다고 29일 밝혔다. 이번 연구결과는 의학 분야 국제학술지 ‘가스트로엔테올로지’에 실렸다. 급성 췌장염은 담석이나 알코올 때문에 췌장의 샘꽈리세포에서 분비하는 여러 소화효소가 분비되기 전에 세포질 내에서 활성화돼 세포를 분해시키면서 나타난다. 특히 췌장의 샘꽈리세포 안으로 칼슘이온이 과도하게 유입되면 칼슘 자체 독성 때문에 세포가 파괴되는데 특별한 치료제가 없기 때문에 복통을 완화시키기 위한 진통제나 항생제가 투여될 뿐이다. 많은 연구자들이 칼슘이온 유입을 막기 위해 칼슘이온 통로를 없애는 방법을 생각해 냈지만 칼슘이온 통로가 없는 생쥐로 실험을 했기 때문에 치료제 개발이 쉽지가 않았다.연구팀은 칼슘이온 통로 자체가 아닌 이온 통로를 열고 닫는 역할을 하는 단백질에 주목했다. 특히 급성 췌장염이 걸릴 경우 조직 손상을 막는 단백질 ‘사라프’(SARAF)가 분해돼 없어진다는 것을 발견했다. 연구팀은 실제로 급성 췌장염 환자의 세포조직을 분석한 결과 사라프 유전자 발현량이 눈에 띄게 줄어든 것을 확인했다. 연구팀은 사라프 유전자를 만들지 못하도록 변형된 생쥐는 사라프를 많이 만들어내는 생쥐에 비해 급성 췌장염 진행 속도도 빠르고 증상이 심각한 것을 확인했다. 사라프 유전자가 없는 생쥐는 정상 생쥐보다 췌장의 부종이 더 크고 혈액 내 아밀라아제 양이 더 늘어난 것이 발견됐다. 신동민 연세대 교수는 “이번 연구결과는 췌장 샘꽈리세포에서 사라프가 분해되지 않도록 안정화시키거나 보충해줄 수 있다면 급성 췌장염을 쉽게 치료할 수 있다는 것을 보여주고 있다”라며 “칼슘신호 통로 자체가 아닌 신호조절을 통해 췌장염 증상을 완화시키는 전략을 통해 췌장염 치료제 개발에 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아침에 일어나 머리를 감고 나면 수 십 가닥의 머리카락이 세면대에 빠져 있는 것을 볼 수 있다. 그런데 그렇게 빠지는 머리카락을 더욱 안타깝게 쳐다볼 수 밖에 없는 사람들이 있다. 바로 탈모 환자들이다. 남성 외모 고민 1순위가 탈모이며 국내 탈모 인구는 1000만명이라는 통계가 있을 정도로 성인 4~5명 중 1명은 탈모로 고생하고 있다. 여성들에게는 탈모가 많이 발생하지 않지만 호르몬의 변화나 스트레스 등으로 인해 여성 탈모 환자들도 늘고 있는 추세이다. 이 때문에 머리에 직접 바르는 탈모약부터 먹는 탈모약이 개발돼 판매되고 있고 레이저 등을 활용해 모낭을 살리거나 머리카락을 심는 시술도 인기를 끌고 있다. 그렇지만 먹는 약의 경우 각종 부작용이 나타날 우려가 크고 머리를 심거나 레이저치료법은 비용에 비해 효과가 크지 않다는 단점이 있다. 이런 상황에서 중국과 미국 연구진이 간단한 전기자극만으로 탈모를 치료하는 방법을 제시해 주목받고 있다. 미국 위스콘신 메디슨대 재료공학과, 방사선학과, 중국 청두 국립전자과학기술대 전자박막·통합디바이스연구소, 심천대 의생명공학부 공동연구팀은 야구모자 형태의 미세전기자극 장치로 머리카락이 나는 모낭을 활성화시켜 탈모를 치료하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국화학회에서 발행하는 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS 나노’에 실렸다. 연구팀은 걷거나 뛰거나 몸의 움직임으로 에너지를 모으는 에너지 하베스트 기술 중 하나인 압전장치를 이용해 피부를 비롯한 인체 자극이 거의 없이 모낭을 자극할 수 있는 장치를 개발했다. 이번에 개발한 장치는 야구모자와 비슷한 형태와 무게를 갖고 있기 때문에 무게나 부피가 큰 배터리와 전자장치가 필요하지 않다는 장점이 있다. 연구팀은 이 장치를 이용해 탈모 증상이 나타나도록 유전자 변형시킨 생쥐를 대상으로 실험을 실시했다. 연구팀은 이 장치를 이용해 7주 동안 매일 하루 12~30분 정도씩 저전류 치료를 실시한 결과 먹는 탈모치료제와 거의 비슷한 효과를 나타냈으며 먹는 약으로 인해 나타날 수 있는 부작용은 발견하지 못했다. 연구팀에 따르면 두피 바깥 층의 잠든 모낭을 자극시켜 머리카락을 자라도록 한다고 설명했다. 단 탈모 증상이 나타난지 오래돼 모낭이 완전히 사라진 경우에는 저전류치료가 효과를 보지 못하고 초기 탈모 환자에게 효과가 높다고 밝혔다. 연구팀은 동물실험을 끝내고 곧 사람을 대상으로 한 임상시험에 돌입할 계획이다. 주동 왕 미국 위스콘신 메디슨대 교수는 “먹는 탈모치료제는 성기능 장애, 우울증, 불안감 증가 같은 부작용을 일으킬 수 있지만 이번에 개발한 기술은 인체에 자극을 주지 않는 약한 전기펄스를 이용해 모낭의 기능을 회복하게 해준다는 것이 핵심”이라며 “간단하고 사용하기 쉽기 때문에 치료비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 인체 부작용도 최소화시킬 수 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

간밤에 꾼 꿈이 희뿌연 안개가 낀 것처럼 가물가물한 과학적 원인이 밝혀졌다. 미국 스탠포드 국제연구소와 일본 나고야대학, 훗카이도대학의 공동 연구진이 따르면 기본적으로 수면이 뇌가 새로운 기억을 저장하는데 도움을 주긴 하나, 일부 단계에서는 뇌가 선택적으로 뉴런과 뉴런 사이의 시냅스 연결을 방해해 낮동안 있었던 일이나 간밤에 꾼 꿈 등을 기억하지 못하게 한다. ‘시냅스 재정규화’로 불리는 이 과정은 잠을 자면서 불필요한 경험을 기억에서 삭제함으로써 뇌의 과부화를 막아주는 역할을 하는데, 지금까지 전문가들은 뇌의 이러한 활동의 원인을 정확히 밝혀내지 못했었다. 공동 연구진은 실험용 생쥐 및 광유전학 기술을 통해 두뇌 외측 시상하부에서만 생성되는 ‘멜라닌 응집 호르몬’(MCH) 뉴런의 역할을 집중 분석했다. 그 결과 멜라닌 응집 호르몬의 뉴런을 억제시키자 기억력이 향상되는 반면, 멜라닌 응집 호르몬의 뉴런을 활성화시키자 기억력이 저하되는 것을 확인했다. 또 수면 중 뇌의 전기신호를 추적한 결과, 멜라닌 응집 호르몬 뉴런이 활성화되면 섬유질의 축색돌기를 통해 기억을 담당하는 해마로 억제 신호를 보내는 것을 확인했다. 즉 꿈을 꾸는 렘 수면 과정에서 멜라닌 응집 호르몬의 뉴런이 활성화되면, 깨어 있을 때 경험했던 많은 일뿐만 아니라 이것들이 나타난 꿈 마저도 선택적으로 지워질 수 있다는 것. 연구진은 “이번 연구는 렘 수면 단계의 특정 뉴런의 신호가 기억을 지우거나 강화하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 입증했다”면서 “새롭지 않거나 중요하지 않은 정보를 적극적으로 잊어 버리는데 역할을 미친다는 사실을 알게됐다”고 설명했다. 이어 “꿈은 주로 렘 수면단계에서 멜라닌 응집 호르몬 뉴런이 활성화되는 동안 나타나며, 이 과정은 꿈의 내용이 해마에 저장되는 것을 막을 수 있다. 결과적으로 꿈이 빨리 잊혀지게 되는 것”이라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 세계적인 과학저널인 ‘사이언스’ 20일자 최신호에 실렸다. 사진=123rf.com 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

크리스토퍼 놀런이 감독하고 리어나도 디캐프리오, 조지프 고든 레빗 등이 출연한 영화 ‘인셉션’(2010)은 꿈을 공유해 타인의 생각을 빼내거나 꿈 자체를 설계해 기억을 지우기도 하고 심을 수도 있다는 기발한 상상력을 담고 있다. 실제로 우리가 깨어 있을 때 경험한 많은 일들은 뇌에 차곡차곡 쌓여 있다가 잠이 든 뒤 버려야 할 것과 간직해야 할 것으로 구분되어지며 일부는 꿈으로 나타나기도 한다. 뇌과학이 눈부시게 발전하고 있지만 여전히 잠과 꿈, 기억의 상관관계는 명확히 밝혀지지 않고 있다. 이런 가운데 일본 나고야대 환경의학연구소, 홋카이도대 의대 신경약리학과, 의생명과학과, 도카이대 생명과학부, 미국 SRI인터내셔널 신경과학센터 공동연구팀은 잠자는 동안 뇌가 정보를 선택해 각인시키거나 지워버리는 기억 조절 신경 메커니즘을 밝혀내고 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 20일자에 발표했다. 연구팀은 잠자는 동안 눈이 빠르게 움직이며 꿈을 꾸는 렘(REM) 수면 단계에 주목했다. 렘 수면 단계에서는 몸은 잠들어 있지만 뇌는 빠르게 활동하면서 하루의 경험을 기억할 것인지 아닌지를 선별해 처리하는 것으로 알려져 있다. ‘시냅스 재정규화’라고 불리는 이 과정은 잠자는 동안만 나타나는 현상으로 불필요한 경험을 기억에서 지워버림으로써 뇌의 과부하를 막아준다. 연구팀은 광유전학 기술을 활용해 뇌의 시상하부에서만 발견되는 ‘멜라닌 응집호르몬’(MCH) 뉴런이 렘 수면 활성화와 함께 시냅스 재정규화 과정에서도 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 생쥐를 이용한 실험을 통해 MCH 뉴런을 억제시키면 기억력이 증가하는 반면 MCH 뉴런을 활성화시키면 기억력이 눈에 띄게 떨어지는 것을 확인했다. 아키히로 야마나카 나고야대 교수는 “이번 연구는 렘 수면 활성 신경통로가 기억을 지우고 강화시키는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다는 데 의미를 갖는다”며 “MCH 뉴런의 활성 정도와 경로를 변경시키면 기억을 선택적으로 조작할 수도 있을 것”이라고 말했다. edmondy@seoul.co.kr

2016년 3월 구글의 인공지능(AI) ‘알파고’와 이세돌 9단의 바둑 대국이 알파고의 압승으로 끝나면서 많은 사람들은 ‘AI 시대’가 눈앞으로 다가왔음을 실감했다. AI 기술 발전은 운전자가 필요 없는 자율주행차 시대를 눈앞에 다가오도록 만들었다. 또 AI 기자, 소설가, 음악가, 미술가, 펀드매니저가 등장해 사람과 비슷하거나 오히려 뛰어난 능력을 보여 주는 수준이 됐다. 얼마 전에는 수백만개의 논문을 스캔해 비교하는 것만으로 새로운 과학 지식을 발견할 수 있는 AI 과학자가 개발됐다는 소식이 세계적인 과학저널 ‘네이처’에 실리기도 했다. 과학자들이 이번에는 AI로 세상에 없던 새로운 물질을 합성하는 데 성공했을 뿐만 아니라 수학적 방법론을 활용해 기존의 것보다 한 단계 업그레이드된 AI 개발 가능성까지 제시했다.●수학적 방법 적용, 데이터 학습시간 절반으로 포르투갈 샴펄리머드연구센터, 이탈리아 볼로냐대 수학과, 고등전자시스템연구센터, 국립 정보과학기술연구소 신경과학자와 수학자들로 구성된 공동연구팀은 위상기하학(토폴로지)을 이용하면 현재 AI 기술을 한 단계 발전시킬 수 있다는 연구결과를 AI 분야 국제학술지 ‘네이처 머신 인텔리전스’ 3일자에 발표했다. 연구팀은 ‘위상기하학적 데이터 분석’(TDA)이라는 수학적 방법론으로 현재 AI의 신경망 학습을 보완할 수 있음을 제시했다. 현재 AI의 신경망 학습 방법으로 얼굴을 인식할 때는 수많은 사람 얼굴 사진을 학습해 이미지 픽셀값을 디지털화한 뒤 눈, 코, 입 등 얼굴 윤곽을 구분해 내는 방식이었다. 문제는 똑같은 얼굴이라도 뒤집어 놓거나 거꾸로 놓으면 AI가 제대로 인식하지 못하는 경우가 생긴다. 그렇지만 위상기하학적 신경망 학습 기법을 활용하면 복잡한 이미지들 사이에서 오류 없이 원하는 얼굴을 쉽게 찾을 수 있게 된다. 동시에 사전 학습에 필요한 데이터 양과 학습 시간이 절반으로 줄어든다는 장점이 있다고 연구팀은 설명했다. 마티아 베르고미 샴펄리드연구센터 박사는 “이번 연구는 AI의 궁극적인 목표 중 하나인 인간의 뇌와 상호작용이나 통합을 위한 새로운 형태의 신경망 구조를 만드는 데 단초를 제시했다는데 큰 의미가 있다”고 말했다.●섬유증 치료 후보물질 개발기간 획기적 단축 한편 홍콩 인실리코 메디슨, 중국 상하이 우시 앱테크, 캐나다 토론토대 화학과, 컴퓨터과학과, 캐나다고등과학연구소, AI벡터연구소 공동연구팀은 딥러닝(심층학습) 기술을 활용해 섬유증 치료에 도움이 되는 새로운 분자를 만들어 동물 실험까지 성공적으로 끝냈다고 4일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 3일자에 실렸다. 연구팀은 딥러닝 기술로 섬유증 관련 질환 치료에 도움이 되는 ‘DDR1 인산화효소 억제제’ 역할을 할 수 있는 6가지 새로운 분자를 설계했다. AI가 만들어 낸 신약 후보물질 분자 6개 중 4개는 생화학적 활성이 확인됐고 2개는 세포 기반 실험에서 약효가 검증됐다. 연구팀은 이 중 유력한 후보물질 1종을 선택해 생쥐를 이용한 동물 실험을 실시한 결과 약효를 확인했다. 신약 후보 물질 발굴에서 동물 실험까지 일반적으로 2~3년 이상 걸리는 시간을 2개월로 획기적으로 단축시킨 것이다. 이번 연구를 주도한 알렉스 자보론코프 인실리코 메디슨 박사는 “이번 연구 결과를 바탕으로 AI를 신약 개발 전 과정에 적용할 경우 10년 이상 걸리는 개발 기간을 절반으로 줄일 수 있게 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

불규칙한 식사습관이나 채소보다는 육류 위주의 식단, 하루 종일 앉아있는 생활습관 등 때문에 항상 속이 불편하거나 변비로 고생하는 이들이 많다. 장에 좋다는 건강보조식품을 먹고 채소 중심의 식단을 꾸미고 물을 마셔도 나빠진 장 건강이 금새 회복되는 것 같지는 않다. 그런데 국내 연구진이 벌레를 이용해 장질환 개선효과를 빠르게 측정하고 장 건강에 도움이 되는 물질을 발굴했다고 해서 화제가 되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 천연물연구소 천연물인포매틱스연구센터 연구진은 생물학 실험에서 흔히 쓰이는 ‘예쁜꼬마선충’이라는 벌레를 이용해 장건강을 개선시킬 수 있는 후보물질을 발굴하는데 성공했다고 1일 밝혔다. 이번 연구결과는 농학 분야 국제학술지 ‘농업·식품화학 저널’에 실렸다. 많은 현대인들이 만성 장질환에 시달리고 있는데 이를 개선하기 위한 다양한 식품과 의약품 개발이 활발하다. 상용화를 위해서는 이들 물질의 장질환 치료효능과 잠재적 독성을 빠르게 검증할 수 있어야 한다. 식품이나 의약품 상용화를 위해서는 사람을 대상으로 하는 임상시험 이전에 동물실험, 흔히 전임상실험이라고 해서 생쥐나 원숭이 등 포유동물을 이용해 효능평가와 독성실험을 한다. 문제는 포유동물을 이용할 경우 시간과 비용이 너무 많이 든다. 이에 연구팀은 포유동물 대신 예쁜꼬마선충이라는 벌레를 이용해 후보물질의 장질환 개선효과를 평가하는 방법을 개발했다. 예쁜꼬마선충이라는 귀여운 이름을 갖고 있는 곤충은 흙 속에서 사는 1㎜ 정도 크기의 투명한 벌레이다. 900여개의 체새포, 300여개의 신경세포, 2만개 정도의 유전자로 구성돼 있으며 꼬마선충 유전자 중 40%가 인간에게도 있는 것으로 알려져 세포사멸, 노화 등 연구에 활용되고 있다.실제로 연구팀은 사람들의 장건강에 악영향을 미치는 유해 장내 세균을 벌레에 주입하면 투명하게 보이던 장이 불투명하게 보이게 되고 수명도 급격히 줄어드는 것을 관찰했다. 연구팀은 장 건강에 도움을 줄 것으로 보이는 여러 식품과 천연물 소재를 벌레에 주입해 장 건강 회복을 관찰하는데도 성공했다. 이를 통해 브로콜리, 케일, 배추 등 채소의 소화과정에서 나타나는 천연물 대사물질인 ‘3,3-다이인돌릴메탄’이라는 물질이 장누수 증후군과 염증성 장질환 개선에 도움을 주는 것을 밝혀냈다. 강경수 KIST 박사는 “이번 연구는 장내미생물과 질병과의 상관관계를 규명해낸 기초적 연구뿐만 아니라 장질환 개선용 식품이나 의약품을 개발할 수 있는 산업원천 기술로도 다양하게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

사람의 대장에 서식하는 세균 중 하나로 가장 먼저 발견된 장내 세균인 ‘대장균’을 이용해 대장암이나 장내 염증을 치료할 수 있는 기술이 개발됐다. 부산대 의과학과, 한국과학영재학교 공동연구팀은 염증성 장질환이나 대장암에서 나타나는 염증을 대장균을 이용해 완화시킬 수 있는 방법을 찾아냈다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 임상의학 분야 국제학술지 ‘저널 오브 클리니컬 인베스티게이션·인사이트’ 최신호(22일자)에 실렸다. 염증성 장질환에서는 장 속 염증이 지속적으로 발생하면서 장의 보호벽이 붕괴돼 마이크로바이오타라는 세균총이 침투하기 쉬워지면서 염증이 더욱 악화되는 경우가 많다. 장 속 염증 치료를 위해 소염제나 항생제를 이용할 경우는 부작용이 발생하거나 오래 사용할 경우 내성의 문제가 발생할 가능성이 크다. 이 때문에 생물학적 치료제를 이용하려는 시도도 있지만 복용했을 때 장까지 도달하지 못하고 분해되기 쉽고 장기간 투여시 종양을 키울 수 있다는 단점이 있었다.연구팀은 표피성장인자(EGF)를 만드는 유전자를 대장균에 삽입해 유전자 재조합함으로써 대장균이 표피성장인자를 안정적으로 생산하고 분비할 수 있도록 했다. 특히 대장균으로 궤양부위까지 안정적으로 전달될 수 있도록 해 장관으로 이동하는 동안 분해되는 위험을 줄였다. EGF는 상피세포 성장을 돕는 단백질로 인체 여러 세포와 조직에서 만들어져 분비되는 물질로 피부 궤양 치료를 위한 연고, 화장품은 물론 위궤양 치료 등에도 활용되고 있다. 연구팀은 동물실험을 통해 장 속에서 흔한 대장균을 활용해 표피성장인자를 염증부위에 주입해 크론병과 같은 염증성 장질환과 대장암으로 인한 장벽 손상을 복구할 수 있다는 사실을 확인했다. 특히 생쥐 장내 점막에 유전자 재조합 대장균을 삽입한 결과 표피성장인자를 1개월 이상 지속적으로 분비해 장내 점막의 줄기세포 성장을 촉진시켜 염증성 자극과 조직손상을 완화시킨다는 것을 관찰할 수 있었다. 문유석 부산대 의과학대 교수는 “이번 연구는 생물학적 치료제의 안정성 문제와 화학적 약물 치료의 부작용을 극복함으로써 장내 염증성 질환을 근본적으로 치료할 수 있는 단초를 마련한 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지난해에 비해 덜 했지만 사람들을 지치게 만든 폭염과 열대야가 서서히 힘을 못 쓰면서 계절은 가을로 성큼 걸어들어가고 있다. 오곡이 익어가는 풍요의 계절이 몇 년 전부터는 대기정체로 인한 미세먼지가 시작되는 때로 인식되기 시작했다. 정부도 다양한 미세먼지 대책을 내놓고 있지만 아직은 눈에 띄는 효과는 나타나지 않고 있는 상황이다. 그런데 미세먼지를 비롯한 환경오염 물질에 지속적으로 노출될 경우 우울증이나 조현병과 같은 뇌신경질환을 앓게될 가능성이 높다는 연구결과가 나왔다. 미국 시카고대 의대, 캘리포니아 로스앤젤레스대(UCLA) 사회·유전학연구소, 덴마크 오르후스대 경제경영학부, 환경과학부, 스웨덴 카롤린스카연구소 역학·생명통계학과 공동연구팀은 대기질이 열악한 환경에서 오랜 시간을 보낼 경우 우울증, 조현병, 성격장애 같은 정신질환을 앓을 가능성이 급격히 증가한다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국공공과학도서관에서 발행하는 생물학 분야 국제학술지 ‘PLOS 생물학’ 21일자에 실렸다. 연구팀은 2003년부터 2013년까지 미국 건강보험 청구 데이터베이스에 등록된 약 1억 5110만명의 기록과 1979년부터 2002년 사이에 덴마크에서 태어나 10살을 맞은 사람들 140만명의 기록을 분석했다. 미국팀은 개인의 대기오염 노출을 정량화하기 위해 미국 환경보호청(EPA)에서 활용하고 있는 87가지 대기질 측정 수치를 덴마크 팀은 이보다는 적은 14가지 대기질 지표를 사용했다. 특히 연구팀은 환경오염 물질이 사람의 정신건강에 어떤 영향을 미치는지에 대해 주목했다.생쥐를 이용한 기존 연구들에 따르면 초미세먼지나 산화질소, 오존 등 대기오염 물질은 코와 폐를 통해 뇌로 이동하면서 우울증, 강박증과 같은 행동장애를 유발시키는 것으로 알려졌다. 사람에게서 나타나는 조현병이나 우울증 같은 정신질환은 유전적 요인이나 특정 경험 등이 복합적으로 작용해 나타나지만 환경적이나 신경화학적 요인에 의해 나타날 수도 있는 것으로 추정하고 있다. 연구팀은 건강기록과 환경오염 정도를 비교분석한 결과 동물실험에서와 마찬가지로 사람들도 대기오염 물질에 장기간 노출될 경우 양극성 장애, 경계선 인격장애, 조현병, 우울증 같은 정신질환은 물론 뇌전증이나 파킨슨병 같은 신경정신질환을 앓을 가능성이 일반인들에 비해 2배 이상 높은 것으로 확인했다. 아티프 칸 시카고대 의대 박사는 “이번 연구는 삶의 물리적 환경, 특히 대기질이 인간의 신경, 정신과적 장애에 어떤 영향을 미치는지 그대로 보여주고 있다”라며 “미세먼지에 오래 노출됐다고 모두 정신질환을 앓게 된다는 것이 아니라 대기오염물질들이 유전적, 신경화학적 영향을 미쳐 정신과적 질환 발병을 쉽게 만든다는 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“오늘날 사망 원인의 대부분을 차지하는 질병은 나쁜 생활습관 탓에 발생한다. 지금까지 그렇게 생각돼 왔다. 하지만 오늘날 증거가 가리키는 방향은 박테리아(세균)가 원흉이라는 것이다. 이는 의학의 혁명을 예고하고 있다.” 지난 7일 영국의 과학잡지 ‘뉴사이언티스트’에 실린 특집의 도입부다. 제목은 ‘당뇨·뇌졸중·알츠하이머병의 진정한 원인을 우리는 찾아낸 것일까?’ 잇몸병을 일으키는 특정 세균이 만성 염증을 일으키며 이것이 성인병의 주된 원인일지 모른다는 내용이다. 이 같은 ‘세균 가설’의 주장을 따라가 보자. 수많은 생활습관병에 세균이 관련돼 있다는 사실은 최근에야 드러났다. 진행 과정이 매우 느리며 휴면 상태에 들어가 있거나 세포 내에 숨어 있기 때문이다. 이 탓에 실험실에서 배양하기가 어렵다. 하지만 이제는 DNA 염기서열 결정법이 나와 있다. 그 덕분에 예전에 존재하리라고 전혀 예상하지 못했던 장소에 세균이 있다는 사실이 드러났다. 가장 많은 질병에서 역할을 하는 것으로 보이는 최악의 원흉은 잇몸 질환을 일으키는 특정 세균이다. 잇몸병은 “인류에게 가장 널리 퍼져 있는 질병”이라고 홍콩대학의 모리지오 토네티는 말했다. 노화 관련 질병의 대다수는 잇몸병을 가진 사람에게 나타난다. 그런 사람은 증상이 더 심각한 경향이 있다. 그 이유는 우리의 면역계로 하여금 신체를 계속 공격하게 만들기 때문이라고 한다. 치아의 플라크(세균막)가 잇몸으로 뚫고 들어가면 염증을 일으킨다. 염증이란 면역 세포가 몰려들어 미생물과 이에 감염된 세포를 모두 파괴하는 반응을 말한다. 이것이 오래 지속되면 치아와 잇몸 사이의 공간에 몇몇 세균이 증식한다. 그중 한 종(포르피로모나스 진지발리스)은 특히 교활해서 염증이 계속되게 만든다. 염증은 병원균을 죽인 다음 종료되는 게 정상이다. 문제는 30~40대부터 염증이 만성화하는 현상이 일어나기 시작한다는 점이다. “이 세균은 실제로 염증 과정의 일부를 차단하는 분자를 만들어 낸다.” 미국 터프츠대학의 캐럴라인 젠코 박사가 하는 말이다. 약해진 염증은 인체 세포를 죽인다. 죽은 세포의 파편은 진지발리스의 좋은 먹을거리가 된다. 세포가 파괴되면 박테리아가 필요로 하는 철분도 방출된다. “이 균은 번식을 위해 숙주의 면역계와 상호작용을 스스로 조절한다.” 미국 펜실베이니아대학의 조지 하지셍갈리스의 말이다. 문제의 균은 혈류 속으로 숨어든다. 인체 면역계는 이에 대항하는 항체를 만들어 낸다. 이것은 세균으로부터 우리를 보호해 주는 것이 보통이다. 하지만 진지발리스의 항체는 세균이 통과했다는 신호에 가깝다. 이런 항체를 지닌 사람은 그렇지 않은 사람에 비해 다음 10년 내에 사망할 확률이 실제로 높다. 또한 류마티스 관절염, 심근경색, 뇌졸중이 발생할 위험도 더 크다. 이 세균의 가장 큰 혐의는 알츠하이머의 원인이라는 것이다. 지금껏 아밀로이드와 타우 단백질이 지목돼 왔다. 하지만 이를 줄이는 요법으로 증상이 개선된 사례는 없다. 최근 생쥐 연구에서 문제의 세균이 구강에서 뇌로 이동하는 사실이 확인됐다. 이 세균은 심근경색과 뇌졸중을 일으키는 죽상동맥경화의 원인으로도 꼽힌다. 연관성은 성인형 당뇨병에서 더욱 명백하다. 잇몸병 치료의 효과는 당뇨약 한 종류를 추가하는 것과 동일한 수준이라고 미국 치주학아카데미는 밝히고 있다. 미국 코르텍사임사의 연구에 따르면 항생제는 생쥐의 해당 세균을 죽였지만 저항성이 빠른 속도로 나타났다. 지난 1월 이 회사는 미국 등의 8개 대학과 함께 진지발리스만이 만들어 내는 진지페인이라는 단백질 소화 효소를 발견했다. 해당 효소는 알츠하이머병으로 사망한 사람들의 뇌 표본 99%에서 발견됐으며, 병이 심했을수록 수치가 높았다. 이 회사는 진지페인을 차단해 알츠하이머를 막는 약을 개발 중이다. 생쥐는 저항성을 유발하지 않고도 알츠하이머 비슷한 뇌 손상을 회복시켰다. 현재 대규모 임상시험이 진행 중이다. 치료약이 나올 때까지 대책은 두 가지다. 치아를 잘 관리하고 좋은 생활습관을 유지한다. 음주와 흡연은 잇몸병을 부르며 운동은 염증을 줄여 준다. 건강한 식단은 혈액 내 철분 방출을 막아 세균의 증식을 방지해 준다.

국내 연구진이 혈관 협착을 막는 스텐트를 3D프린팅 기술을 이용해 만들고 생체에 적용한 결과 성공적인 결과를 얻어 화제다. 한국기계연구원 나노자연모사연구실과 전남대 의대 공동연구팀은 바이오3D 프린팅 기술을 이용해 금속 대신 생분해성 소재를 이용한 폴리머 스텐트를 만들어 전임상시험에 성공했다고 13일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘화학공학 저널’ 최신호에 실렸다. 스텐트는 혈액 내 지방성분이 많아져 끈적해지면서 동맥의 혈관 벽이 좁아져 협심증이나 심장마비 같은 증상을 막기 위해 그물망 형태의 관을 혈관 속으로 넣는 장치이다. 일반적으로 코발트 크롬 합금과 같은 금속 소재의 스텐트가 사용되지만 체내에서 부식되거나 부러지는 경우도 있고 혈액들이 뭉쳐 혈관과 협착되거나 염증을 유발할 수 있다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 수술용 실이나 뼈 접착제 등 의료목적으로 쓰이는 폴리락틱산이라는 고분자 물질을 3D프린팅 재료로 해 그물 모양의 스텐트 구조를 만들었다. 여기에 혈액 속에 존재해 혈액 응고를 막는 작용을 하는 헤파린이라는 물질을 표면에 코팅했다. 이렇게 헤파린 코팅 생분해성 스텐트는 필요한 형태를 3D프린터로 단시간에 환자맞춤형으로 제작할 수 있다는 장점을 갖고 있다.이렇게 만들어진 스텐트를 이용해 생쥐실험을 한 결과 기존 금속성 스텐트보다 치료효과가 큰 것으로 나타났다. 이번 기술을 응용해 스텐트 표면에 헤파린 이외의 필요한 약물을 코팅할 경우 혈관 세포 부착을 조절하거나 다양한 약물을 전달할 수도 있다. 박수아 기계연구원 박사는 “이번 연구는 3D프린팅 기술로 혈관협착 방지 물질이 코팅된 생분해성 폴리머 스텐트를 적용해 동물실험이 성공했다는데 큰 의미가 있다”라며 “이번 기술은 심혈관 질환 극복에 상당한 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세계보건기구(WHO)는 2000년대 초반 비만을 당시 뚱뚱한 상태가 아닌 지방세포의 증가로 인해 각종 질병의 원인으로 지목하고 치료해야 할 질환으로 구분했다. 실제로 비만은 당뇨는 물론 고지혈증, 고혈압 등 각종 대사질환을 일으키는 것으로 알려져 있다. 꾸준한 운동과 식이요법으로 비만을 막을 수 있지만 체질적으로도 쉽게 살이 찌는 사람들도 있다. 살이 쉽게 찌는 사람들은 나쁜 지방세포로 알려진 백색 지방세포가 에너지소비가 많은 좋은 지방세포인 갈색 지방세포보다 더 많다. 국내 연구진이 비만을 유발하는 원인 단백질을 발견하고 이를 조절함으로써 백색 지방조직을 갈색 지방조직처럼 작동할 수 있도록 하는 방법을 찾아내 주목받고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학부 연구팀은 체내 염증 반응을 일으키는 ‘톤이비피’(TonEBP) 단백질이 비만과 당뇨를 촉진시킨다는 사실과 그 작동원리를 11일 밝혀냈다. 이번 연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호(11일자)에 실렸다. 톤이비피 단백질은 체내 염증반응을 증가시켜 류머티스 관절염, 당뇨성 신장질환 발병을 촉진하며 간암 발병에도 관여하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 체질량 지수(BMI)가 높은 사람일수록 지방 세포 내에 톤이비피 단백질이 많다는 점에 착안했다. 연구팀은 생쥐실험을 통해 톤이비피 단백질을 감소시킨 실험쥐는 에너지 소비가 활성화돼 지방세포의 크기가 감소했고 에너지 소비와 지방 분해가 촉진됐다. 특히 지방세포 크기 감소로 지방간, 인슐린 저항성, 내당능 장애 같은 대사질환도 개선되는 것이 확인됐다. 연구팀은 톤이비피 단백질이 백색 지방세포 내 베타3 아드레너직 수용체 발현을 억제하는 기능을 한다는 사실을 확인했다. 톤이비피 단백질을 줄이면 백색 지방세포 조직 내에서 베이지 지방세포를 활성화시켜 열 생산이 활발해지면서 갈색 지방세포처럼 에너지 소비를 늘려 비만을 막을 수 있다는 설명이다. 권혁무 UNIST 교수는 “이번에 밝혀낸 톤이비피 단백질의 작동원리를 이용하면 백색 지방세포가 갈색 지방세포의 기능을 갖게 만들 수 있다”라며 “톤이비피 단백질을 조절하면 지방 축적을 막아 비만은 물론 당뇨 같은 대사질환을 치료하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr