지난 1월 미국의 일론 머스크가 만든 뇌신경과학 기업 뉴럴링크가 뇌와 컴퓨터를 연결할 수 있는 BCI 칩을 인간에게 이식하는 데 성공했다고 발표했다. 이처럼 뇌에 칩을 심어 뇌신경질환을 치료하려는 다양한 시도들이 많다. 문제는 칩을 심을 때나 칩을 이용한 뒤 다시 제거하기 위한 수술을 해야하기 때문에 감염 위험이 있다는 것이다. 이에 연세대 전기전자공학과, 고려대 의대, 부산대 전기전자공학부 공동 연구팀은 뇌 질환 치료와 모니터링을 동시에 수행하고 사용 후에는 체내에서 완전히 분해되는 다기능성 완전 생분해성 뇌신경 광전자 임플란트 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 3월 6일 자에 실렸다. 기존에 뇌파를 측정하거나 뇌 상태를 모니터링하기 위한 뇌신경 임플란트 장치는 무기 물질로 만들어지기 때문에 아무리 조심한다고 하더라도 뇌 조직 손상과 염증 반응을 피할 수 없다. 게다가 뇌에 이식된 장치 수명이 끝나면 제거를 위한 추가 수술이 필요해 환자에게 2차 감염으로 인한 합병증을 일으킬 수도 있다. 이 때문에 최근에는 환자에게 덜 영향을 미치는 생분해성 뇌신경 임플란트 장치가 개발되고 있지만, 하나의 기능만 수행하도록 설계돼 통합 시스템을 구축하기는 어려움이 있다. 이에 연구팀은 전기적 인터페이스는 단결정 실리콘을 기반으로 한 고전도, 생분해성 전극으로 만들고, 광(光) 인터페이스는 부드러운 생분해성 고분자인 폴리락틱-co-글리콜산(PLGA) 공중합체를 기반으로 했다. 이번에 개발된 다기능 광전자 장치는 생분해성 유기 및 무기 물질로만 구성돼 인체에 해가 없고 유연하다는 특징을 갖고 있다. 이 때문에 이식 중 조직 손상 및 염증 반응은 적고, 사용 후에는 가수분해를 통해 체내에서 무해한 물질로 분해돼 사라지게 된다. 연구팀은 이번 장치를 생쥐의 뇌에 이식해 실험한 결과 대뇌 피질에 광 자극을 주는 동시에 뇌파 모니터링을 동시에 수행할 수 있다는 것을 확인했다. 연구를 이끈 유기준 연세대 교수는 “이번에 개발된 장치는 질병을 감지하고 치료한 뒤 체내에서 흡수돼 2차로 머리를 여는 수술이 필요하지 않아 2차 감염 위험과 의료 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다”라고 말했다. 유 교수는 “뇌과학은 물론 신경회로 연구, 난치성 뇌 질환 치료에도 도움을 줄 것으로 본다”고 덧붙였다.

피부는 외부 유해 물질로부터 인체를 보호하는 장벽 역할을 한다. 그런 피부가 손상되면 중증 환자들에게는 패혈증 같은 심각한 질환으로 연결될 수 있다. 특히 당뇨 환자는 혈액 순환과 상처 치유 과정에 일반인과 달라 만성상처가 쉽게 생긴다. 국내 연구진이 상처 발생과 치료 과정을 실시간으로 모니터링해 다른 중증 질환으로 이어지는 것을 사전에 막을 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 카이스트 전기및전자공학부, 중앙대 공동 연구팀은 당뇨 환자의 만성상처 부위 치유 과정을 실시간으로 추적해 치료 시기를 효과적으로 모니터링할 수 있는 무선 시스템을 개발했다고 5일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의공학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈’에 실렸다. 만성상처로 인한 피부 재생을 위해 미국의 경우 매년 수백억 달러의 의료비가 지출되고 있다. 또 상처 치유를 촉진하기 여러 방법이 있지만, 환자별 상처 상태에 따라 맞춤 관리도 필요하다. 이에 연구팀은 상처 부위와 건강한 주변 피부 사이의 온도 차를 이용해 상처 내 발열 반응을 추적할 수 있도록 했다. 열 전송 특성을 측정해 피부 표면 근처 수분 변화를 관찰하면 흉터 조직의 형성 과정을 파악할 수 있다는 것이다. 연구팀은 당뇨를 유발한 생쥐를 이용해 만성 상처 치유가 지연되는 과정에서 실험을 진행했고, 수집된 데이터로 상처 치유 과정과 흉터 조직 형성을 정확히 추적할 수 있음을 확인했다. 연구팀이 개발한 시스템은 상처 치유 후 기기를 제거하는 과정에서 발생할 수 있는 조직 손상을 줄이기 위해 체내에서 자연 분해되는 생분해성 센서 모듈을 사용했다. 생분해성 재료를 활용했기 때문에 사용 후 제거할 필요가 없으므로 상처 부위 내부에서도 계속 모니터링할 수 있다는 장점도 있다. 연구팀은 추가 연구를 통해 이번 장치를 항균 특성을 가진 재료와 통합해 염증 반응, 박테리아 감염, 기타 병변을 관측하고 예방하는 기술로 확장할 계획이라고 밝혔다. 연구를 이끈 권경하 카이스트 교수는 “이번 개발한 장치로 상처 부위를 지속해 모니터링할 수 있기 때문에 의료 전문가들이 당뇨 환자의 상처 상태를 더 정확하게 파악하고 적절한 치료를 적시에 제공할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

‘찬밥’을 먹으면 살도 빠지고 당뇨도 잡을 수 있다고? 중국과 독일 공동 연구팀은 찬밥처럼 노화 녹말이나 덜 익은 바나나, 고구마, 감자 같은 저항성 전분을 식단에 보충하면 체중 감량과 당뇨 관리에 도움이 된다고 밝혔다. 이번 연구에는 중국 상하이교통대 의대, 홍콩대, 홍콩 시티대, 홍콩 폴리테크닉대, 상하이 해양대, 독일 라이프니츠 감염생물학 및 천연물 연구소, 프리드리히 쉴러대, 뷔르츠부르크대 생물학자, 컴퓨터 공학자, 의학자 등이 참여했다. 이 연구 결과는 생명 과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 메타볼리즘’ 2월 27일 자에 실렸다. 저항성 전분(resistant starch)은 소장에서 잘 소화되지 않고 저항하는 프리바이오틱 탄수화물이다. 대부분의 녹말은 소장에서 대부분 소화되지만 저항성 전분은 소장에서 소화되지 않고 대장으로 옮겨가 장내 미생물에 영양을 공급해 유익한 대사산물을 만들어 내는 것으로 알려져 있다. 저항성 전분은 통곡물, 렌틸콩, 강낭콩, 고구마, 감자, 녹색 바나나, 카사바 등과 차게 식은 밥처럼 노화 녹말에 많이 포함돼 있다.연구팀은 과체중이나 비만으로 분류된 37명의 남녀 참가자를 대상으로 20주 동안 실험했다. 참가자들은 과체중 및 비만 성인 건강 관리 지침에 따라 하루 세끼 균형 잡힌 식단을 제공했다. 연구팀은 8주 동안은 하루 40g씩 저항성 전분을 식단에 포함했고, 다른 8주 동안은 저항성 전분을 제공하지 않았다. 그 결과, 저항성 전분을 꾸준히 섭취한 8주 동안은 참가자들 모두 평균 2.8㎏ 체중 감량 효과와 함께 인슐린 저항성이 개선됐다는 점이 확인됐다. 그렇지만 저항성 전분을 식단에서 제외하면 이런 효과가 사라지는 것이 관찰됐다. 연구팀에 따르면 이런 효과는 장내 미생물의 구성과 군집의 변화 때문이다. 저항성 전분이 비피도박테리움 아돌레센티스(Bifidobacterium adolescentis)와 같은 유익 장내 미생물을 풍부하게 만든다고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 고지방식을 먹여 비만이 된 수컷 생쥐에게 비피도박테리움 아돌레센티스 보충제를 먹이면 체중이 감소하고 장내 기능이 개선되는 것을 확인했다. 연구를 이끈 웨이핑 지아 중국 상하이교통대 의대 교수는 “저항성 전분을 함유한 식이 보충제가 과체중인 개인에게 도움을 줄 수 있을 것”이라며 “이번 연구에 따르면 저항성 전분이 체중 감량과 당뇨 관리에 도움이 되는 것은 유익한 장내 미생물에 영향을 미치기 때문으로 분석됐다”라고 말했다.

지난 19일은 눈이 비가 돼 내리고, 얼음이 녹아 물이 된다는 24절기 중 ‘우수’였다. 우수가 지나 경칩이 가까워지면 바람 끝에서도 포근함이 느껴진다. 날이 풀리면서 많은 사람이 운동에 나선다. 운동과 함께 근육을 만들기 위해 고단백질 식품을 섭취하는 경우가 많다. 그러나, 고단백식품을 많이 먹으면 심혈관 질환 발생 가능성이 커진다는 연구 결과가 나왔다. 미국 피츠버그대 의대, 세인트루이스 워싱턴대 의대, 존 코크란 VA 의료센터, 미주리대 의대, 루이지애나 주립대 보건 과학 센터, 캐나다 토론토대 공동 연구팀은 권장 단백질 섭취량을 초과한 고단백 식단을 오래 이어간다면 체내 아미노산 류신이 증가하면 죽상동맥경화증이 생길 수 있다고 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 메타볼리즘’ 2월 20일 자에 실렸다. 단백질은 탄수화물, 지방과 함께 필수 영양소다. 서구 사회 사람들은 평균적으로 일일 권장량보다 약 33% 정도 더 많은 단백질을 섭취한다. 최근 한국 사회에서도 식단의 서구화로 단백질 섭취량이 늘어나는 추세다. 게다가 몸매 만들기를 위해 단백질만 섭취하는 경우도 적지 않다. 앞선 여러 연구에서 수행한 동물 실험을 보면 단백질 과잉 섭취는 동맥경화를 비롯한 심혈관 질환과 밀접한 관련이 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 체질량 지수(BMI)가 과체중으로 분류된 23명의 성인 남녀를 대상으로 단백질 섭취량에 따른 혈액 내 아미노산 수치를 분석했다. 14명에게는 500kcal 식사를 두 번 제공했다. 처음에는 단백질 함량을 높이고, 다음에는 단백질 함량이 낮춘 식사를 하도록 했다. 9명에게는 한 끼 기준인 450kcal 표준 식사를 두 차례에 제공하면서 한 번은 16g의 단백질, 다음에는 25g의 단백질을 함께 섭취하도록 했다. 연구팀은 각각 식사 전후와 식사 후 1시간, 3시간 뒤 혈액검사를 했다. 그 결과, 한 끼에 25g을 초과하는 단백질을 섭취하면, 순환계에서 아미노산 류신의 수치가 증가해 대식세포와 단핵구에 영향을 미친다는 사실을 확인했다. 생쥐 실험과 세포 실험에서도 권장 섭취량의 22%를 초과한 단백질을 섭취하면 체내 류신 수치가 증가해 면역 세포에 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. 단백질 과다 섭취는 죽은 세포나 기능을 상실한 세포를 제거하는 대식세포에 악영향을 미쳐 혈관 벽에 죽은 세포들이 쌓이고 시간이 지나면서 굳어져 죽상경화증이 악화할 수 있다는 설명이다. 연구팀에 따르면 이런 현상은 식물 단백질에서는 나타나지 않았으며, 동물 단백질에서 주로 나타났다. 연구를 이끈 바박 라자니 세인트루이스 워싱턴대 의대 교수는 “이번 연구는 근육량을 늘리기 위해서 맹목적으로 단백질 섭취를 늘리는 것은 문제라는 것을 보여준다”라면서 “특히 심장 질환이나 혈관 장애 위험이 있는 사람들에게는 식단 전체를 살펴보고 균형 잡힌 식사를 하는 것이 중요하다”라고 말했다.

일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)의 뇌신경과학 스타트업 뉴럴링크가 인간의 뇌에 컴퓨터 칩을 심어 생각하는 대로 컴퓨터나 스마트폰을 제어하는 임상시험에 돌입했다. 머스크는 29일(현지시간) 소셜미디어 엑스에 “어제(28일) 첫 환자가 뉴럴링크로부터 칩을 이식받아 회복 중”이라고 밝혔다. 이번 임상시험은 뉴럴링크가 지난해 5월 미국 식품의약국(FDA)에서 인간 대상 임상시험 승인을 받은 지 8개월 만에 이뤄졌다. 뉴럴링크는 2019년 생쥐를 시작으로 돼지에 컴퓨터 칩을 심어 뇌 신호를 수집했고 원숭이 뇌에 비디오 게임을 할 수 있는 컴퓨터 칩을 이식하는 데 성공한 것에 이어 이번에는 사람을 대상으로 임상시험에 착수한 것이다. 머스크는 “뉴럴링크 첫 제품명은 ‘텔레파시’로, 생각하는 것만으로도 휴대전화나 컴퓨터 또는 주변 기기를 모두 제어할 수 있다”고 말했다. 그는 “스티븐 호킹이 타자를 빨리 치는 타이피스트나 경매인보다 빠르게 의사소통을 할 수 있다고 생각해 보라. 그것이 목표”라고 강조했다. 머스크가 사례로 든 호킹 박사는 21세에 근위축성측삭경화증(루게릭병)을 앓기 시작해 평생 휠체어에 의지한 물리학자다. 이번에 쓰인 기술은 생각만으로 각종 기기를 제어할 수 있도록 뇌컴퓨터 인터페이스(BCI) 장치를 뇌에 이식하는 것이다. 국내 대표적 뇌공학자인 임창환 한양대 전기·생체공학부 교수는 “머스크의 뉴럴링크 방식은 이전 BCI 기술과는 다른 독특한 방식이라는 점에서 주목할 만하다”고 말했다. 기존 BCI는 마이크로 어레이라는 미세 전극이 박힌 칩을 뇌에 깊숙이 꽂아 마우스 커서를 움직이거나 컴퓨터 화면에 글자를 타이핑하는 방식이었다. 뇌에 이식된 전극에서 보내 오는 신호는 무선이 아닌 긴 전선을 이용한 유선 수신 방식이다. 이와 달리 뉴럴링크는 뇌 표면에 전극이 코팅된 가느다란 전선들을 수술 로봇으로 미세하게 박음질한 다음 전선들을 한데 모아 링크라는 장치와 연결하는 방법을 취한다. 링크는 칩과 뇌 신호 송수신 장치가 일체화된 동전 크기의 전자장치다. 두개골에 동전 크기의 구멍을 낸 다음 링크를 끼우고 미세 전선들과 연결하는 것이다. 이렇게 되면 칩에서 수집한 뇌 신호를 송수신 장치를 통해 무선으로 컴퓨터나 스마트폰에 전송하게 된다. 생각만으로 전자 장비를 움직일 수 있는 원리다. 임 교수는 “이전 실험실에서 행해졌던 BCI 기술과 비교하면 뉴럴링크의 방식은 덜 침습적”이라고 설명했다. 그렇지만 뉴럴링크의 방식은 다른 BCI 경쟁 기업의 전자장치 이식보다 깊이가 더 깊은 것으로 알려져 갈 길이 멀다고 전문가들은 평가하고 있다. BCI 기술은 1970년대 초 처음 등장했지만 구체적 성과를 내놓기 시작한 것은 뇌신경과학, 전자공학 기술이 빠르게 발전하기 시작한 21세기 들어서다. 2021년 5월 과학 저널 ‘네이처’에는 미국 스탠퍼드대 하워드 휴스 의학연구소를 중심으로 한 연구팀이 사지 마비 환자가 생각만으로 글씨를 쓸 수 있게 하는 데 성공했다는 연구 결과가 실렸다. 연구팀은 2007년에 척수 손상으로 목 아래로는 몸을 움직일 수 없는 65세 남성 환자의 뇌에 마이크로 탐침이 박힌 전자칩 2개를 이식해 생각만으로 컴퓨터에 글자를 쓸 수 있게 한 것이다. 이처럼 연구실 수준에서 진행되던 BCI 연구에 머스크나 메타(페이스북) CEO 마크 저커버그 등이 뛰어들면서 상용화가 빨라질 것이란 전망이 제기된다. 이번 임상시험도 같은 맥락으로 볼 수 있다. 그렇지만 다른 한편에서는 안전성에 대한 지적도 끊이지 않고 있다. 뇌 관련 모든 수술은 신체적 손상과 거부 반응이라는 내재적 위험이 있는 만큼 칩을 심었을 때 장기적으로 어떤 문제점이 나타날지 모른다는 것이다. 실제로 뉴럴링크에서 컴퓨터 칩을 이식받은 원숭이들이 전신 마비, 발작, 뇌부종 등의 부작용을 겪었다는 주장까지 나오고 있다.

설탕은 중세까지만 해도 금보다 비쌌던 물건이었다가 산업 혁명 이후는 누구나 맛볼 수 있게 됐다. 심지어 요즘 웬만한 음식 레시피에 설탕이 포함되지 않은 것이 없을 정도다. 음식의 감칠맛을 더해줄지는 모르겠지만 충치와 비만, 대사질환, 각종 성인 당뇨 원인이다. 게다가 단맛에 빠지면 계속 소비할 수밖에 없도록 뇌를 ‘중독’ 시키기도 한다. 그런데, 이런 당분이 또 다른 문제를 일으킬 수 있다는 지적이 나왔다. 중국과 미국 공동 연구팀은 뇌의 포도당 수치가 높을수록 항생제 내성이 생기기 쉽다고 21일 밝혔다. 이 연구에는 중국 과학원(CAS) 미생물학연구소, 중국과학원대, 충칭 시난대, 베이징 수도의대, 유전학 및 발달 생물학 연구소, 베이징 연합 의대 병원, 베이징 방사선 의학 연구소, 생명과학 연구소, 베이징대, 해군 의학대, 미국 조지아대 의과학자들이 참여했다. 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 미생물학’ 1월 16일자에 실렸다. 곰팡이로 인해 걸리는 질환은 다양하다. 대표적인 것이 무좀이다. 피부 표면에서 발생하는 질환 이외에 곰팡이가 장기나 혈액 속으로 침투해 질병을 일으키기도 한다. 축농증, 구내염, 천식, 폐렴 등이 대표적이다. ‘크립토코쿠스 네오포만스’(Cryptococcus neoformans)라는 곰팡이는 면역력이 저하된 사람의 호흡기를 통해 체내에 들어가 혈액을 통해 전신으로 퍼진 다음 혈액-뇌 장벽을 통과해 수막염, 뇌염 등을 일으킨다. 이 곰팡이 때문에 매년 전 세계에서 약 18만 명이 사망하는 것으로 알려졌다. 곰팡이 관련 질환을 치료할 수 있는 대표적인 항진균제는 ‘암포테리신B’다. 만약 암포테리신B에 대한 내성이 있을 경우는 치료가 쉽지 않다. 이에 연구팀은 어떤 인자가 항진균제 내성을 유발하는지 분석에 나섰다. 연구팀은 생쥐의 뇌 조직과 사람의 뇌척수액을 추출해 수많은 대사산물이 크립토코쿠스 네오포만스와 암포테리신B의 상호 작용에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과, 뇌에 존재하는 포도당이 포도당 억제 조절인자인 크립토코쿠스 네오포만스의 ‘Mig1’이라는 단백질과 결합해 항진균제 내성을 유도한다는 것을 규명했다. 또, 생쥐 실험을 통해 Mig1이 암포테리신B의 약효를 제한한다는 것을 확인했다. 연구팀은 곰팡이의 세포막 구성성분 중 하나인 ‘이시톨포스포릴세라마이드’를 억제하는 물질과 암포테리신B를 병용하면 네오포만스로 인해 발생하는 뇌 감염질환 치료 효과가 높아진다는 것을 밝혀냈다. 연구를 이끈 린퀴 왕 CAS 미생물학연구소 교수는 “이번 연구 결과는 당분처럼 숙주 유래 대사산물에 의해 항생제 약물 내성이 발생할 수 있음을 보여준다”라면서 “곰팡이나 세균 질환을 표적으로 하는 효과적인 치료법 개발에 도움이 될 것으로 기대한다”라고 설명했다.

빛을 쬐 비만과 당뇨 등 대사질환을 치료할 수 있는 방법이 개발됐다. 세브란스병원 소화기내과, 내분비내과, 가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 공동 연구팀은 내시경으로 십이지장에 빛을 쬐어주는 치료 방식으로 생쥐의 몸무게와 지방량을 감소시키는 데 성공했다고 15일 밝혔다. 이 연구 결과는 생체공학 분야 국제 학술지 ‘바이오머티리얼즈’에 실렸다. 일반적으로 비만 관련 수술을 위를 줄이거나 영양분을 흡수하는 소장의 길을 바꾸는 소장우회술이다. 당뇨와 비만 치료 효과가 크기 때문에, 국내에서도 고도 비만을 동반한 당뇨 환자에게는 수술을 허가한 상태다. 그렇지만 음식물이 지나가는 소화기관의 길이가 짧아지면서 소화 과정이 빨리 진행되기 때문에 구토, 어지럼증, 식은땀 등 덤핑 증후군 같은 부작용이 발생할 수 있다. 또 위 폐쇄, 영양실조도 나타나는 경우가 있다. 연구팀은 내시경을 통해 빛에 반응하는 광감각제에 특정 파장의 빛을 조사해 주변 세포를 사멸시키는 광역동치료(PDT)의 대사질환 치료 효과에 관한 실험을 했다. 연구팀은 당뇨를 일으킨 비만 생쥐에게 내시경 광역동치료 실험을 했다. 치료를 위해 조준한 세포는 십이지장에 분포하는 K 세포다. K 세포는 위 억제 펩타이드를 분비해 대사질환을 악화시킨다. 반면 L 세포는 글루카곤 유사 펩타이드-1을 분비해 식욕을 줄이고 체중과 혈당을 떨어뜨려 대사질환을 호전시키는 역할을 한다. 연구팀은 K 세포가 주로 분포하는 십이지장 내부에 광감각제를 주입한 다음 특정 파장의 빛을 쬐어 K 세포를 제거하고 L 세포를 늘렸다. 그 결과, 체중은 7%, 지방량은 6% 줄어들고 당뇨 개선 효과가 확인됐다. 정문재 세브란스병원 소화기내과 교수는 “광역동치료는 외과수술에 비해 안전하게 시행할 수 있는 만큼 인체 적용을 위해 다양한 조건에서 실험해볼 예정”이라고 설명했다. 구철룡 세브란스병원 내분비내과 교수도 “이번 연구는 광역동치료가 비만 치료 약제 대체 가능성을 보여준 것”이라고 덧붙였다.

중앙암등록본부에 따르면 국내 전체 암 발생 중 5위, 여성에게서 발생하는 암 중 1위가 유방암이다. 유방암은 남녀 모두에게서 발병할 수 있지만, 여성 환자들이 훨씬 많다. 유방암은 발병 초기 자각증상이 없기 때문에 증상이 나타나기 시작하면 암이 상당 부분 진행된 상태인 경우가 많다. 이 때문에 유방암은 다른 암들보다 전이나 재발이 잦은 암으로 알려져 있다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 연구팀은 유방암의 종양 미세환경에서 유방암세포를 키우고 전이시키는 지방세포를 잡아냈다고 4일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의학 분야 국제학술지 ‘암 연구’(Cancer Research)에 실렸다. 종양 미세환경은 종양이 존재하는 세포 환경이다. 특히 지방세포는 암세포의 성장에 필요한 에너지 공급과 증식을 촉진하는 다양한 분비체를 제공한다. 암세포는 이런 작용을 활성화하기 위해 지방세포의 특성을 바꿔 ‘암 연관 지방세포’로 만든다. 연구팀은 유방암 종양 미세환경에서 발견된 암 연관 지방세포가 FAM3C라는 분비체를 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 이 물질은 유방암 종양 미세환경이 변하도록 만들어 가까이 있는 유방암 세포의 생존과 전이를 촉진하는 것을 처음 확인했다. 유방암 초기에 FAM3C 분비체가 증가하면 암 연관 지방세포 생존력을 향상하고 섬유화가 억제된다. 장기 일부가 딱딱하게 변하는 섬유화가 억제되면 다양한 분비체가 암세포에 쉽게 접근할 수 있어 암세포가 커지게 된다고 연구팀은 설명했다. 반대로 유방암 말기에는 암 연관 지방세포가 FAM3C 분비체를 감소시켜 섬유화를 촉진 시키는데, 이렇게 되면 암세포가 다른 부위로 더 쉽게 이동하고 침투할 수 있게 된다. 연구팀은 생쥐 실험을 통해 유방암 초기 단계에서 암 연관 지방세포의 FAM3C 분비체를 억제하면 유방암의 성장과 전이가 억제된다는 것을 확인했다. 연구를 이끈 박지영 UNIST 교수는 “이번 연구는 암 연관 지방세포가 분비체 FAM3C를 통해 유방암 성장과 전이를 직접 조절한다는 것을 확인했다”라면서 “이번 연구 결과를 바탕으로 유방암 조기 진단 마커와 전이 치료제 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

스위스, 벨기에, 영국, 미국 공동 연구팀은 기존 항생제에 내성을 가진 박테리아에 효과적인 새로운 형태의 항생제를 개발하고 이와 별도로 미국, 스위스 공동 연구팀도 다제내성 박테리아에 효과적인 신약후보물질을 개발했다고 밝혔다. 이들의 연구 결과는 ‘네이처’ 1월 4일자에 실렸다. ‘카바넴 저항성 아시네토박터 바우마니’(크랩·CRAB)는 세계보건기구(WHO) 1급 위험 병원균, 미국 질병통제예방센터(CDC) ‘긴급 위협 세균’으로 분류되고 있는 최악의 항생제 내성균이다. 연구팀은 ‘조수라발핀’이라는 새로운 항생물질을 발견하고 생쥐 실험으로 크랩균을 효과적으로 제거하는 것을 확인했다. 조수라발핀은 세균의 이동을 촉진하는 수송 복합체를 억제하는 동시에 염증 유발의 원인으로 꼽히는 지질 다당체(LPS)의 활동까지 차단해 세포 사멸로 이어진다는 사실을 확인했다. 연구팀은 “이번에 새로 발견된 화합물은 내성이 강한 병원균 크랩을 퇴치할 수 있는 가장 강력한 항생물질”이라며 “실제 치료에 활용할 수 있는 약물로 개발하기 위한 임상시험이 진행 중”이라고 말했다.

과거 연예인들이 주로 앓는 질병으로만 알려져 있던 공황장애나 넓은 장소에 나가는 것을 불안해하는 광장공포증, 타인과 만나는 것을 극도로 꺼리는 사회 불안 장애 등은 비정상적 불안과 공포로 인해 일상생활에 장애를 일으키는 ‘불안 장애’의 종류들이다. 이런 불안 장애의 원인은 뇌 신경회로 내 신경전달물질의 부족이나 과다, 유전적 측면 등이 거론되고 있지만 하나로 규정하기 어렵다. 그런데 최근 과학자들이 장내 미생물이 사회 불안 장애(SAD)의 원인이 될 수 있으며 장내 미생물 변화로 이를 치료할 수 있을 것이라는 가능성을 제기했다. 아일랜드 코크대(UCC) 해부학 및 신경과학과, 정신의학 및 신경행동과학과, 미생물학부, 독일 프랑크푸르트대학병원 신경정신과, 호주 사우스 웨일즈대 심리학과 공동 연구팀은 장내 미생물이 사회 불안 장애의 원인이 될 수 있다고 31일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 12월 26일자에 실렸다. 연구팀은 건강한 사람 6명과 SAD를 앓고 있는 사람 6명의 대변 표본을 채취해 분석했다. 그 결과, 건강한 사람과 불안 장애를 앓고 있는 사람의 위장에 있는 미생물과 장내 미생물의 군집이 전혀 다르다는 사실이 확인됐다. 이는 장내 미생물이 뇌에 영향을 미칠 수 있음을 보여주는 것이라고 연구팀은 설명했다. 연구팀은 각각의 표본에서 채취한 장내 미생물을 생쥐들에게 이식하는 실험을 했다. 연구팀은 실험 전 생쥐들에게 항생제를 투여해 원래 장 속에 있는 미생물을 완전히 제거했다. 연구팀에 따르면 SAD 환자에게서 장내 미생물을 이식받은 생쥐들은 건강한 사람들의 장내 미생물을 이식받은 생쥐들에 비해 완전히 다른 장내 미생물 3종이 발견됐다. 또 SAD 환자의 장내 미생물을 이식받은 생쥐들은 다른 생쥐들보다 공포 반응과 불안 반응이 과도하게 나타나는 것이 관찰됐다. SAD 장내 미생물을 이식받은 생쥐들은 사람의 우울증과 불안증, 공황 장애와 비슷한 행동을 보인 것으로 확인됐다. 연구팀에 따르면 이번 연구 결과는 우울증에서 과민대장 증후군에 이르기까지 다양한 조건에서 유사한 결과를 보여주는 이전 결과들과 일치한다. 연구를 이끈 존 클라이언 코크대 교수(신경생물학)는 “이번 연구는 사회적 뇌가 제대로 작동하게 하기 위해서는 장내 미생물에도 신경을 써야 한다는 점을 보여준다”라면서 “식이섬유와 발효식품을 섭취하는 것이 신경정신 질환 치료에도 도움이 될 것”이라고 말했다. 코크 교수는 “장내 미생물 군집이 사회 불안 장애나 공포 반응을 좌우한다는 것이 확인된 만큼, SAD 환자들의 치료법 개발에도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다”라고 덧붙였다.

국내 연구진이 피부 전달률과 체내 지속성을 높인 콜라겐 미세 캡슐 개발에 성공해 주목받고 있다. 연세대, 강릉원주대, 경북대, 연세유업, 동양미래대, 뉴트렉스테크놀러지, 성균관대 공동 연구팀은 콜라겐 섭취량은 줄이고 피부 개선 효과는 높일 수 있는 콜라겐 미세 캡슐을 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구 결과는 약학 분야 국제학술지 ‘저널 오브 컨트롤드 릴리즈’ 2024년 1월호에 실릴 예정이다. 사람의 피부는 콜라겐, 히알루론산, 엘라스틴으로 구성돼 있다. 콜라겐의 경우 20대 중반부터 1년에 1%씩 콜라겐 합성이 줄기 시작해 40대 이후부터는 급격히 감소한다. 피부 노화를 방지하기 위해 외부에서 콜라겐을 공급할 수 있다. 실제로 최근 먹는 화장품이라고 하는 ‘이너뷰티’ 시장이 빠르게 성장하고 있다. 콜라겐을 포함해 다양한 이너뷰티 제품들이 건강기능식품 및 건강보조식품의 형태로 출시돼 판매되고 있다. 피부에 전달된 콜라겐 펩타이드는 피부 탄력 유지와 피부 보습 등 피부 개선에 도움을 줄 수 있지만, 경구 투여 후 소화관 내 체류시간이 짧아 많은 양이 제대로 흡수되지 못하고 배출되는 단점이 있다. 연구팀은 이런 문제점을 해결하기 위해 기존 먹는 콜라겐 펩타이드를 이온성 겔화 반응, 정전기 압출을 통해 하이드로겔 내에 탑재할 수 있는 미세 캡슐에 적용했다. 이 기술을 활용하면 소장 부위에 캡슐이 접착돼 서서히 지속해 콜라겐을 방출해 체내 흡수율을 높일 수 있는 장점이 있다. 콜라겐 펩타이드처럼 매우 낮은 분자량, 높은 수용성의 물성을 지니는 물질은 제조공정 시 안정적으로 탑재하기가 쉽지 않다. 연구팀은 이 문제점을 개선하기 위해 피틴산이라는 더 강한 이온성 가교제를 활용해 콜라겐 미세 캡슐을 합성했다. 연구팀은 키토산 농도, 콜라겐 농도, 피틴산 농도, 피틴산 용액의 산성도(pH) 등을 최적화해 70% 이상의 고함량 콜라겐 펩타이드 미세 캡슐을 합성했다. 연구팀은 생쥐실험을 통해 미세 캡슐 형태로 경구투여 시 효과를 확인한 결과, 소장에 더 오래 머무르면서 체외 배출이 서서히 진행되는 것이 관찰됐다. 장 상피세포와 피부 세포에도 독성을 나타내지 않았으며 자외선B에 의한 광노화 억제 효과와 항산화 효과도 확인됐다. 특히 체내 흡수율이 증가하면서 더 많은 양의 콜라겐 펩타이드가 피부로 전달돼 광노화 방지, 항산화 효과, 피부 탄력 유지, 피부 보습 등 피부 개선에 많은 도움을 준다고 연구팀은 설명했다. 이번에 개발된 콜라겐 미세 캡슐 기술은 제품화 단계가 진행 중이어서 2024년 상반기 피부 기능성 건강 발효유 형태로 출시될 예정으로 알려졌다. 연구를 이끈 노영훈 연세대 교수는 “이번 연구는 먹는 콜라겐 펩타이드의 소화관 내 체류 시간 증대와 이를 통한 체내 흡수율, 피부 전달 효과를 획기적으로 늘렸다는 데 의미가 크다”라면서 “분말, 정제, 액상, 젤리 등 다양한 형태로 대량생산과 제품화가 가능해 건강기능식품에도 적용이 가능하다”라고 말했다.

요즘은 대중의 관심이 많이 줄어들었지만, 요즘도 유튜브 동영상에서 주목받는 콘텐츠 중 하나는 ‘먹는 방송’, 소위 ‘먹방’이다. 먹방은 ‘Mukbang’이란 단어로 전 세계에 알려질 정도다. 요즘은 소식 먹방도 인기를 끌지만, 여전히 먹방하면 어마어마한 양의 음식을 먹는 모습이다. 먹방의 인기는 ‘먹는다’라는 인간의 기본적 욕망을 자극하기 때문이라는 분석도 있지만, 많은 사람은 ‘어떻게 저 많은 음식을 먹을 수 있을까’라는 궁금증을 갖는다. 뱃속이 큰 것일까, 아니면 섭식과 관련된 뇌 회로가 다른 것일까. 뇌신경과학자들이 섭식을 중단하는 데 관여하는 뇌 영역과 세포까지 찾아내 주목받고 있다. 미국 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 생리학과, 기초신경과학 연구소, 하워드 휴스 의학연구소 공동 연구팀은 ‘고립로 꼬리핵’(cNTS)이라는 뇌 영역의 특정 신경세포가 섭식의 속도를 조절하고 종료한다고 10일 밝혔다. 이 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’ 11월 22일자에 실렸다. 기존에는 동물이 섭식을 중단하는 원인이 cNTS에 있는 프로락틴 방출 호르몬(PRLH)과 식욕 억제 호르몬인 ‘글루카곤 유사 펩타이드-1’를 생성하는 GCG 뉴런에 기인하는 것으로 알려졌다. 그러나 이 결과들은 모두 실험동물이 마취되거나 잠든 상태에서 나온 것이다. 연구팀은 생쥐가 깨어 있는 동안 cNTS에 있는 단일 뉴런의 신호를 기록하는 방법을 활용해 다양한 고형식, 유동식을 먹이면서 뉴런의 반응을 살폈다. 연구 결과, 생쥐는 먹이를 먹기 시작한 몇 분 내에 GCG 뉴런의 활동이 증가했다. 공기를 위에 주입해도 같은 효과가 관찰돼, GCG 뉴런은 위의 팽창 정도로 섭취량을 파악하고 추적한다는 것을 알게 됐다. 또 레이저로 뉴런을 자극했을 때 생쥐들은 배가 부르다고 인식하는 것으로 관찰됐다. PRLH 뉴런은 위에 음식이 있을 때와 상관없이 입에 음식이 있는지에 반응한다고 연구팀은 밝혔다. 연구팀은 무엇이 PRLH 뉴런을 활성화하는지 알아보기 위해 지방, 설탕, 제로칼로리 감미료, 물을 생쥐에게 먹였다. 그 결과, 물을 제외하고 모든 물질이 PRLH 세포 활동을 촉발하는 것으로 나타났다. 즉 미각이 음식을 먹는 동안 섭식 뉴런을 활성화하는 중요한 요소라는 말이다. 미각이 둔화된 생쥐는 섭식 조절이 제대로 되지 않는 것으로 조사되기도 했다. PRLH 뉴런이 자극되면 생쥐는 먹이 섭취 속도가 느려지는 것이 관찰됐다. 즉, GCG뉴런은 먹는 양, PRLH 뉴런은 먹는 속도를 조절한다는 것이다. 이번 연구 결과는 이런 과정을 통해 인간의 섭식 행동과 장애가 어떻게 발생하는지 설명할 수 있으며 관련 질환을 치료하는 새로운 방법 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다. 연구팀은 섭식 행위는 두 가지 경로로 진행된다고 추측했다. 한 가지 경로는 맛있으니 더 먹어야겠다는 신호이며, 다른 경로는 칼로리가 높으니 조금 천천히 먹으라고 명령한다는 것이다. 연구를 이끈 재커리 나이트 UCSF 교수(화학생물학)는 “과식이나 폭식할 때는 섭식 행위를 조절하는 시스템에 장애가 발생한 것으로 볼 수 있다”라면서 “cNTS에는 약 20종의 뉴런이 있으며 뉴런 대부분의 기능을 명확히 알지 못하고 있는 상황”이라고 말했다.

국내 연구진이 유기 염(Organic Salts)을 이용해 바이러스는 물론 박테리아와 각종 세균을 차단할 수 있는 필터를 개발해 주목받고 있다. 한국건설기술연구원 건축연구본부는 유기염을 활용해 환기 및 공조설비에 사용할 수 있는 ‘항바이러스 필터’(오스팜 필터)를 개발했다고 7일 밝혔다. 환기·공조 설비에서 필터는 각종 오염물질과 유해 물질을 포집해 실내 공간을 쾌적하고 건강하게 유지하는 역할을 한다. 환기설비에 쓰는 필터는 상대적으로 입자가 큰 오염물질을 포집하는 프리필터, 미세먼지나 초미세먼지 같은 작은 물질을 포집하는 미디엄 필터로 구분된다. 흔히 헤파 필터라고 부르는 것은 미디엄 필터의 포집 성능이 99.75% 이상인 것이다. 문제는 환경조건에 따라 유해 물질이 필터에 포집된 뒤 표면에서 증식되고, 실내로 유입될 우려가 있다는 점이다. 이 때문에 코로나19 이후 자외선 살균 같은 기능을 추가해 사용하는 경우도 늘고 있다. 기존 환기설비에 적용하기 위해서는 추가적인 변경 작업과 비용이 든다. 이에 연구팀은 유해 물질 증식 억제기능이 있는 유기 염을 고분자 합성수지 필터에 분자 수준 크기로 분산 용해해 항바이러스, 항균, 항곰팡이 성능을 갖도록 하는 기술을 개발했다. 연구팀은 마스크나 부직포 같은 고분자 섬유 소재를 만들 때 쓰는 멜트블로운 공정으로 유기 염과 섬유를 일체화시킨 필터(오스팜 필터)를 만드는 데 성공했다. 멜트블로운은 액체 상태의 고분자 합성수지를 고압으로 분사해 솜사탕 만들 듯 섬유를 만드는 방식이다.이번에 개발한 오스팜 필터는 필터 본연의 포집 성능을 유지하면서 필터 표면에 항바이러스, 항균 성능을 더한 것이다. 기존 장치에도 사용할 수 있으며 필터 생산 비용도 유기 염 생산에 드는 비용만 추가된다. 연구팀은 실험을 통해 오스팜 필터가 오염물질 포집 능력, 항바이러스, 항균, 항곰팡이 성능이 99.9%인 것을 확인했다. 또 생쥐 실험으로 유해성과 피부 독성 검증도 끝내고 현재 교정시설, 공공시설, 종합병원 등 7곳을 대상으로 환기·공조 설비에 대한 실증연구를 수행 중이다. 이들 기술은 민간 기업이 기술이전까지 완료됐다. 연구를 이끈 배상환 박사는 “이번에 개발한 오스팜 필터는 기존 필터를 간단하게 교체하는 것만으로도 고농도 세균과 바이러스, 곰팡이를 차단할 수 있다”라면서 “친환경성, 경제성 측면에서도 우수한 기술”이라고 말했다.

인체 항상성을 유지하는 시상하부를 조절해 체중을 조절할 수 있는 방법을 국내 연구진이 개발했다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 연구팀은 뇌의 시상하부 기능을 조절해 살을 빼는 새로운 비만 치료 후보물질을 찾았다고 27일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의학 분야 국제학술지 ‘EMBO 분자의학’에 실렸다. 뇌의 시상하부 내 궁상핵은 식욕 조절, 에너지 소비 등에 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다. 이에 연구팀은 시상하부 궁상핵의 신경세포 내 식욕을 촉진하고 억제하는 신경펩타이드 유전자 발현에 주목했다. 기존 비만 치료제는 식욕억제 원리를 기반으로 하고 있기 때문에 불안증, 구토증세와 함께 중추신경계를 교란하는 등 부작용이 크다. 또 혈당을 낮추면서 체중감소 효과를 보이는 치료제도 개발되고 있지만 주사라는 특성과 비싼 가격으로 접근성이 떨어진다. 연구팀은 시상하부 궁상핵에 존재하는 신경세포 내 식욕을 촉진하는 신경펩타이드와 식욕을 억제하는 신경펩타이드의 유전자 발현을 조절하는 방식을 새로운 비만 치료제 개발의 전략으로 삼았다. 연구팀은 약물 데이터베이스를 활용해 사람의 소장에서 만들어지는 올레산의 천연 대사산물로 식욕, 체중, 콜레스테롤의 자연 조절제인 ‘올레오일에탄올아미드’와 유사한 구조를 지난 2500여 개 저분자화합물 중 항비만 효과가 아직 알려지지 않았던 헥사메틸렌 비스아세타미드(HMBA)를 후보 물질로 선별했다. HMBA는 비정상 세포가 정상 세포로 바뀔 가능성을 보여준 세포분화제다. 연구팀은 고지방식을 계속 먹여 비만을 유발한 생쥐에게 HMBA를 정맥, 복강, 뇌 내실에 투여하는 실험을 했다. 그 결과 식욕을 촉진하는 신경펩타이드가 감소하고, 반대로 식욕을 억제하는 신경펩타이드는 증가하는 것이 관찰됐다. HMBA를 투여받은 비만 생쥐에서 식욕억제, 체내 지방량 감소, 갈색지방의 열 생산 증가, 에너지 소비 증가로 인한 체중감소, 당 대사와 인슐린 민감성 개선 효과를 확인했다. 연구를 이끈 김은경 교수는 “이번 연구는 기존에 알려지지 않은 HMBA의 효능과 신경세포 내에서 조절 메커니즘을 규명해 비만과 당뇨 등의 치료 전략에 새로운 단서를 제공할 수 있을 것”이라고 말했다.

변비는 가장 흔한 소화기 질환으로 국내에서도 식습관 변화로 점차 증가하는 추세다. 여성과 노년층에서 특히 많이 발생하고 있으며, 전체 인구의 약 16.5%가 변비를 앓는 것으로 알려져 있만 변비 때문에 병원을 찾는 사람은 많지 않아 실제 환자는 더 많은 것으로 추정된다. 이런 가운데 장운동을 개선해 변비를 치료해줄 수 있는 장내 미생물이 발견돼 주목받고 있다. 중국 장난대(Jiangnan University), 장난대 보훈병원 소화기내과, 하이난대, 홍콩대 공동 연구팀은 장 운동성을 개선하는 데 도움이 되는 ‘프로바이오틱스 비피도박테리아 롱검’(probiotic Bifidobacteria longum, B.롱검) 유전자를 발견했다고 26일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀 호스트 앤 마이크로브’ 11월 22일자에 실렸다. 장운동 장애로 인해 발생하는 변비는 장내 미생물 불균형과 관련이 있다. 이는 유익한 미생물의 수가 감소하면서 나타나는 것으로 알려져 있다. 그래서, 증상 완화를 위해 경구용 프로바이오틱스를 섭취하는 사람들이 점점 늘고 있다. 그렇지만 변비에 대한 프로바이오틱스의 치료 효과는 장내 미생물 분포나 숫자에 따라 달라진다는 문제가 있다. 연구팀은 우선 다양한 B.롱검 균주가 동물의 변비 완화에 도움이 된다는 사실을 확인했다. 변비는 식물 다당류의 일반적 구성 성분이지만 동물, 특히 사람의 장에서는 소화가 잘되지 않는 ‘아라비난’이라는 식이섬유가 원인인 것으로 알려져 있다. 연구팀은 생물학 라이브러리에서 B.롱검 균주 내 abfA 유전자가 아라비난을 쉽게 분해한다는 사실을 확인했다. 0세부터 108세까지 다양한 연령대의 남녀 중국인 354명의 분변에서 185개의 B.롱검 균주를 분리했다. 장내 미생물에 abfA 유전자가 풍부한 사람은 변비에 걸리지 않는다는 사실도 추가로 확인했다. 연구팀은 변비를 일으킨 생쥐에게 abfA 유전자가 있는 B.롱검 균주를 이식한 결과 변비 증상이 완화되는 것도 관찰했다. 연구를 이끈 장지아차오(張家超) 하이난대 교수(미생물학)는 “프로바이오틱 균주가 장 건강에 도움이 된다는 사실은 동물 모델에서는 확실히 나타났지만, 사람을 대상으로 하는 임상실험에서는 결과가 명확하지 않은 경우가 많았다”라면서 “이번 연구는 동물과 인간을 대상으로 하는 교차 검증과 함께 생물학적 분석으로 프로바이오틱 균주의 효과를 확인했다는 점에 의미가 크다”라고 말했다. 장 교수는 “abfA 유전자 클러스터가 사람의 변비에 대한 장내 미생물 치료 표적”이라면서 “이를 활용한 변비 치료 약물이나 장 건강을 위한 건강기능식품 개발이 가능할 것으로 본다”라고 덧붙였다.

과학기술의 발달로 기대수명이 점점 늘고 있는 현재 사람들을 가장 위협하는 질환은 다름 아닌 ‘존엄한 노년’을 방해하는 퇴행성 뇌신경질환이다. 가장 위협적인 질환은 알츠하이머 치매다. 치매의 50~70% 원인을 차지하는 알츠하이머는 정확한 발병 원인을 밝혀내지 못하고 있어 치료나 예방도 어렵다. 이런 가운데 국내 연구진이 알츠하이머 치매를 가속하는 단백질을 발견했다. 카이스트 화학과, 의과학 대학원, 한국기초과학지원연구원 바이오 융합연구부, 한국생명공학연구원 희귀 난치질환 연구센터 공동 연구팀은 알츠하이머 유발인자의 독성을 촉진하는 세포 내 단백질을 새로 발견했다고 20일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 11월 20일자에 실렸다. 알츠하이머 환자들의 뇌에서 가장 특징적으로 나타나는 현상은 아밀로이드 베타나 타우 단백질의 응집이다. 이들 응집체가 뇌세포 사멸을 가져온다고 알려져 있지만, 직접적인 상호 관계는 여전히 베일에 가려져 있다. 이 때문에 아밀로이드 베타 단백질 응집을 표적으로 삼는 치료제가 개발되고 있지만 기대만큼 효과는 거두지 못하는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 생쥐를 이용한 실험을 통해 알츠하이머에서 과발현되며 원인 미상의 신경세포 사멸을 유발하는 ‘아밀로이드 전구체 C 말단 절단체’라는 단백질이 아밀로이드 베타 단백질의 응집을 촉진한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀에 따르면 아밀로이드 전구체 C 말단 절단체 자체는 물론 이들이 아밀로이드 베타 단백질과 결합한 복합체가 알츠하이머 증상을 심화시키는 것으로 해석한다. 특히 생쥐의 뇌에서 아밀로이드 베타 단백질 응집체가 신경세포 사멸을 유도하고 뉴런 손상, 염증 반응을 일으키는 것이 아밀로이드 전구체 C 말단 절단체에 의해 더 증가하는 현상을 관찰했다. 연구를 이끈 임미희 카이스트 화학과 교수는 “이번 연구는 알츠하이머에서 기존에 알려지지 않은 생체 내 아밀로이드 베타 단백질 응집과 독성 촉진제를 발굴했다는 점에서 의미가 크다”라며 “알츠하이머 진단과 치료에 새로운 표적으로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

흔히 ‘스트레스는 만병의 근원’이라고 한다. ‘스트레스받는다’라는 말을 입에 달고 사는 사람이 있는가 하면 ‘스트레스받아 죽겠다’라는 말을 쉽게 하는 이들도 많다. 그런데 실제로 아동, 청소년기 스트레스는 낙상이나 뇌진탕 같은 머리 외상보다 더 심각한 영향을 미친다는 충격적인 연구 결과가 나왔다. 미국 오하이오주립대 연구팀은 낙상, 외력으로 인한 충격 등으로 발생하는 외상성 뇌 손상보다 어린 시절 스트레스가 뇌에 악영향을 미치고 심할 경우 유전자에도 영향을 준다고 16일 밝혔다. 이번 연구 결과는 지난 11~15일 미국 워싱턴DC에서 열린 미국 신경과학회 연례 콘퍼런스인 ‘신경과학 2023’에서 발표됐다. 낙상 같은 외부 충격으로 인한 머리 부상은 어린이들에게 흔히 발생하는데 심할 경우 성인이 돼서 기분 장애나 사회적 어려움과 연결될 수 있다는 것은 잘 알려져 있다. 그런데 심리적 충격이나 작은 스트레스라도 지속 기간이 길어질 때, 어떤 결과로 이어지는지는 명확히 밝혀진 바 없다. 연구팀은 갓 태어난 생쥐들을 세 집단으로 나눠 한 집단은 14일 동안 매일 어미와 일시적으로 분리해 극심한 스트레스 상황을 유발한 뒤 뇌진탕과 비슷한 정도의 부상을 가했다. 다른 집단은 머리만 다치게 하고, 또 다른 집단은 스트레스만 줬다. 연구팀은 이렇게 스트레스 단독 처리, 단독 머리 부상, 머리 부상에 스트레스까지 가한 집단으로 처리한 다음 성장한 뒤 스트레스나 머리를 다치지 않은 생쥐들과 비교했다. 그 결과, 외상성 뇌 손상을 입거나 스트레스를 받은 생쥐들은 그렇지 않은 생쥐들보다 성인이 돼서 이상 행동을 더 많이 보이는 것이 관찰됐다. 특히 외상성 뇌손상만 입은 생쥐보다 스트레스만 받은 생쥐들의 행동이 더 이상한 것으로 나타났다. 또 연구팀은 단일 핵 RNA 시퀀싱 기술을 통해 이들 생쥐가 성장했을 때 뇌를 분석했다. 그 결과 스트레스만 받거나 스트레스와 외상성 뇌 손상을 함께 입은 생쥐들의 해마 영역 유전자 변형이 심각한 것으로 나타났다. 어린 시절 스트레스가 기억과 판단 등에 관여하는 해마 부위의 변형을 가져온 것이라고 연구팀은 설명했다. 스트레스에 노출된 생쥐들은 성체가 된 뒤 포식자의 눈에 쉽게 띄는 장소에 자신을 노출하는 모습이 자주 관찰됐다. 자신을 위험에 노출하는 경향이 강해진다는 것이다. 연구를 이끈 캐서린 렌츠 교수(행동 신경학)는 “생애 초기 스트레스는 성인이 돼 각종 신경정신질환이나 약물 남용의 우려를 높인다는 경고는 계속 나왔다”라면서 “동물 실험으로 얻어진 결과이지만 이번 연구는 외상성 뇌손상보다 스트레스가 아동에게 더 심각한 영향을 미친다는 것을 보여준다”라고 말했다. 렌츠 교수는 “유아기 스트레스의 영향은 사회적 지원 등을 통해 완충할 수 있다”라면서 “초기 스트레스 요인을 다루지 못하면 개인적으로 뿐만 아니라 사회적으로도 엄청난 비용이 들 수 있다”라고 덧붙였다.

니클로사마이드라는 물질은 코로나19를 비롯해 다양한 바이러스성 감염병 치료에 효능이 탁월한 것으로 알려졌다. 문제는 생체이용률이 저조해 약물로 개발되지 못하고 있다. 한국과 미국 연구진이 신약 후보 물질의 약물 전달 효과, 생체이용률을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국기초과학지원연구원 광주센터, 전북대 의대, 미국 SNJ 파머슈티컬 공동연구팀이 모든 종류의 약물에 대한 생체이용률을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 특히 이번 기술은 먹는 약의 체내 흡수율도 높일 수 있어 치료 효과를 기대할 수 있는 것으로 알려졌다. 이번 연구 결과는 제약학 분야 국제학술지 ‘인터내서널 저널 오브 안티마이크로벌 에이전트’에 실렸다. 생체이용률은 약물이 체내로 흡수되는 효율을 말한다. 생체이용률이 낮은 물질은 소화관을 통해 체내에 흡수되는 효율이 떨어져 먹는 약으로 개발하기 힘들다. 실제로 신약후보 물질 중 70% 정도가 약효는 좋지만, 생체이용률이 15% 미만으로 신약으로 개발되지 못하고 폐기되는 경우가 많다. 이 때문에 많은 과학자가 약물의 생체이용률을 높이는 다양한 방법을 연구하고 있다. 연구팀은 인체 콜레스테롤 항상성 유지를 담당하는 담즙산의 생성과 순환 과정에 착안해 약물 전달체를 개발했다. 담즙산은 체내 흡수가 어려운 소수성 물질을 나노 수준으로 분해해 흡수를 돕는다. 연구팀은 니클로마사이드에 이번 나노 전달체 기술을 적용해 경구용 약물로 만들어 코로나19 바이러스에 감염된 생쥐에게 투여하는 실험을 했다. 그 결과 경구 투여 후 혈액에 남아있는 약물 입자의 양을 관찰한 결과 생체이용률이 38.3%로 나타나 기존의 4.8%보다 8배 정도 높은 것으로 확인됐다. 또 이번 기술을 적용한 니클로마사이드를 투여한 생쥐는 7일 후에도 건강하게 살아있는 모습을 보였지만 니클로마사이드를 그냥 투여하거나 아무것도 투여하지 않은 생쥐는 4일 만에 모두 죽는 것이 관찰됐다. 연구팀 관계자는 “이번 기술은 소수성 저분자 약물은 물론 단백질, 펩타이드 기반의 신약후보 물질도 고효율로 체내에 전달할 수 있도록 해줄 것으로 기대한다”라면서 “항비만 펩타이드, 단백질 치료제 등 다양한 차세대 신약 개발에 대한 응용성이 높은 기술”이라고 설명했다.

알츠하이머 주원인 ‘베타아밀로드’뇌 속 침착 억제에 유산균 효과 탁월고농도 유산균 42% 침착 억제 확인치매 치료제 13%보다 효과 3배 높아발효유·치즈도 32% 이상 침착 억제오래 먹어도 안전… 특허 출원 완료“기술 이전으로 국민 건강 기여할 것”“국내산 우유·치즈 등 소비 확대되길” 농촌진흥청이 28일 최근 우유에서 추출한 토종 항산화 유산균이 치매(알츠하이머) 발생 가능성을 크게 낮추는 연구 결과를 내놓아 눈길을 끌고 있다. 항산화 유산균인 ‘락티카제이바실러스’가 알츠하이머의 대표 원인으로 알려진 베타아밀로이드가 뇌 속에 쌓이는 것을 40% 이상 막아주는 임상 결과를 확인한 것이다. 농진청은 해당 유산균의 특허 등록을 마친 데 이어 발효유와 치즈 등 상품화를 추진하고 있다. 농진청은 지난 25일 정부세종청사에서 열린 브리핑에서 이런 내용이 담긴 연구 결과를 발표했다. 알츠하이머 발병 현상과 원인은 정확하게 알려지지 않았지만 베타아밀로이드라는 작은 단백질이 지나치게 만들어져 쌓이면서 유해한 영향을 미친다고 학술적으로 보고돼 있다. 농진청은 전국 15개 목장 우유에서 유산균을 분리한 뒤 항산화 활성이 높은 우수 유산균을 선발해 경상국립대와 함께 알츠하이머 모델 동물에 급여해 효과를 구명했다. 알츠하이머 모델 쥐를 대상으로 아무 것도 먹이지 않은 집단과 알츠하이머 질환 치료제, 선발 유산균, 선발 유산균을 첨가해 만든 유제품을 각각 3개월간 격일로 먹인 집단을 비교했다.그 결과 아무것도 먹이지 않은 집단은 뇌 조직에 베타아밀로이드 플라크가 침착됐고, 선발 유산균과 이를 함유한 유제품을 먹인 집단에서는 플라크 침착이 크게 줄었다. 특히 선발 유산균을 회당 균 100억개인 고농도로 먹였을 때 먹이지 않은 집단보다 베타아밀로이드 플라크가 최대 41.7% 감소했다. 고농도 유산균을 두 달간 먹인 그룹에서는 단기 기억 개선 효과도 나타났다. 또 선발 유산균이 함유된 발효유와 치즈를 먹인 집단도 각각 31.9%, 36.2% 줄어 유제품도 플라크 침착 억제에 뛰어난 효과가 확인됐다. 알츠하이머 모델 연구의 질환 치료제 사용되는 타크린 처리균은 베타아밀로이드 플라스 생성이 12.7% 감소에 그쳤다. 즉 치료제보다 유산균을 먹인 집단의 치매 예방 효과가 훨씬 뛰어났다는 의미다. 국내 65세 이상 노인의 치매 유병률은 2020년 10.4%에 달하며, 치매 환자의 60~80%가 알츠하이머 질환으로 보고되고 있다고 농진청은 전했다. 특히 노인 치매 등 질병 발달을 예방하거나 감소시키는 활동이 없다면 급격히 발병이 예상되는 상황이다. 임기순 농진청 국립축산과학원 원장은 “최근 미국 식품의약국(FDA)에서 승인을 받은 치료제(아두헬름 등)에도 뇌 단백질의 베타아밀로이드를 제거한다고 알려져 있지만 효과와 안전성 논란이 있는 것으로 알려져 있다”면서 “반면 토종 유산균이나 관련 발효유 제품은 오랜 기간 먹어도 몸에 무리가 없다는 점에서 안전하고 보다 안전한 알츠하이머 예방법으로 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.실제 연구에 투입된 생쥐의 체중·장기의 조직학·면역학적 분석한 결과, 대조군과 실험군 간 차이가 없는 것으로 확인됐다. 락티카제이바실러스 균은 건강기능식품법상 고시험 기능성 원료인 프로바이오틱스에 해당되며 정 건강기능식품 생산과 발효유, 치즈 제조에 널리 활용되는 유산균의 일종이라고 농진청은 설명했다. 국립축산과학원은 현재 효능을 확인한 선발 유산균 락티카제이바실러스를 특허 출원 완료했으며 발효유, 치즈 등 항산화 유산균을 활용한 유제품 개발에 나섰다. 임 원장은 “연구에 적용된 코티지 치즈는 샐러드와 함께 간식으로 활용하기 적합한 신선 치즈 일종”이라면서 “이번에 개발된 토종 유산균을 활용한다면 국내산 치즈 등 유제품의 소비 확대도 기대되고 기술이전을 통해 축산식품 제조 등에 다양하게 활용해 국민 건강에 기여할 수 있도록 하겠다”고 말했다.

뇌에 생기는 암인 뇌종양은 흔히 치료가 어려운 것으로 알려져 있다. 그중 교모세포종은 가장 흔한 악성 뇌종양으로 외과수술, 화학요법, 방사선요법을 모두 사용해도 평균 생존 기간이 15개월 정도에 불과할 정도로 치료가 어렵다. 그런데 비교적 간단한 방법으로 뇌종양 성장을 억제하고 치료 효과를 높일 수 있다는 사실을 국내 연구진이 밝혀냈다. 카이스트 의과학대학원 연구팀은 고함량 포도당 음료 보충으로 뇌종양 성장을 억제한다는 사실을 확인했다고 16일 밝혔다. 또 이런 효과는 장내 미생물의 특정 균주 변화로 암세포 증식을 억제하는 항종양 면역반응이 나타났기 때문이라는 것도 확인했다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘셀 리포츠’에 실렸다. 최근 많은 연구에서 장내 미생물은 인체와 밀접한 관련이 있으며 악성종양에 대한 항종양 면역반응을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다. 실제로 흑색종 같은 암종에서는 효과에서 확인됐지만 뇌종양에서는 이번 처음 확인됐다. 연구팀은 교모세포종 뇌종양을 일으킨 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한쪽에는 고함량 포도당 음료를 공급하고 다른 쪽에는 물만 먹이고 생존율을 비교했다. 그 결과 고 포도당 음료를 마신 생쥐가 더 오래 살았다. 연구팀은 또 장내 미생물을 완전히 제거한 무균 생쥐로 똑같은 실험을 진행한 결과 생존율에서 차이를 보이지 않는다는 점을 발견했다. 장내 미생물이 뇌종양 억제에 영향을 미친다는 점을 확인한 것이다. 분석 결과 장내 미생물 중 디설포비브리오나세(Desulfovibrionaceae)가 고 포도당 음료 복용으로 증가하고 이것이 뇌종양 생쥐의 수명을 늘린다는 것이다. 특히 PD-1 항체 물질을 함께 투여할 경우 상승작용이 나타나 암세포에 독으로 작용하는 유전자를 발현시킨다는 말이다.교모세포종 치료에서 면역관문억제제 효과가 미미했던 것을 장내 미생물과 장내 미생물 유래 대사체, 균주 유래 물질의 복합 처리를 통해 항종양 면역기능을 높이고 이를 통해 뇌종양 치료가 가능하다는 것을 보여준 연구라고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 김재호 카이스트 박사는 “이번 연구는 그동안 알려지지 않은 장내 미생물 분석으로 뇌종양 성장을 억제할 수 있는 균주를 확보했다는 데 의미가 크다”라면서 “면역관문 치료제와 장내 미생물 균주의 복합 치료로 뇌종양 억제 가능성을 확인한 만큼 추가 연구를 통해 새로운 항암제 치료제 개발 가능성도 커졌다”라고 말했다.