동물은 전기적 신호를 이용해서 근육과 신경을 제어한다. 심장 상태를 측정하는 기본 검사법인 심전도 측정이나 뇌의 기능을 조사하는 뇌파 측정 모두 이런 체내 전류 활동을 측정하는 방식이다. 물론 인간 이외에 다른 동물에서도 생체 전기 신호를 측정할 수 있다. 과학자들은 동물의 생체 전류를 측정해 여러 가지 연구를 진행해왔다. 생체 전기 신호를 조사하면 동물의 감각 기관이나 근육, 뇌의 역할과 작동 기전을 더 상세히 알아낼 수 있기 때문이다. 그런데 식물의 경우 신경세포가 없기 때문에 생체 전기 신호를 측정하기 어렵다. 식물의 생체자기장 (biomagnetic field)는 설령 존재하더라도 매우 미약해 일반적인 측정 장비로는 관측하기 힘들다. 초전도 양자간섭기 (superconducting-quantum-interference-device(SQUID)) 같은 매우 고가의 복잡한 관측 장비로만 일부 식물의 생체자기장을 측정할 수 있을 뿐이다.  마인츠 요하네스 구텐베르크 대학이 이끄는 독일 연구팀은 파리지옥(Venus flytrap, 학명 Dionaea muscipula)의 생체자기장을 측정할 수 있는 보다 간단한 방법을 개발했다. 파리지옥은 이름처럼 파리를 비롯한 작은 곤충을 잡아먹는 식충식물로 입을 벌린 조개처럼 생긴 덫을 이용해 먹이를 잡는다. 곤충이 덫 안에 있는 작은 털인 감각모를 건드리면 마치 동물 신경세포처럼 세포막의 전위가 갑자기 변하는 활동전위가 발생해 순식간에 덫이 닫히면서 먹이를 잡는 방식이다. 이때 발생하는 생체 전류는 동물보다 훨씬 약하지만, 그래도 다른 식물보다는 강한 자기장을 만든다.  연구팀은 이 생체 자기장을 측정하기 위해 원자 자력계의 일종인 QZFM (QuSpin Zero-Field Magnetometers) 네 개를 사용했다. 파리지옥이 생성하는 자기장은 지구 자기장의 백만분의 1 수준인 0.5 피코테슬라 (picotesla)에 불과하기 때문에 지구 자기장이나 다른 자기장에 의한 간섭을 피하기 위해 자기 차폐 시설에 넣은 후 연구팀이 개발한 원자 자력계를 이용해서 생체 자기장을 측정했다. (사진) 그 결과 감각모가 흥분할 때 발생하는 파리지옥의 생체 자기장을 측정하는 데 성공했다. 연구팀은 이 기술이 매우 미세한 생체 자기장을 지닌 동식물을 연구하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 비싸고 다루기 까다로운 초전도 양자간섭기 같은 장비 없이도 매우 미세한 생체 자기장을 측정할 수 있기 때문이다. 현대 과학은 이런 관측 기술의 발전과 함께 진보했다. 앞으로도 측정 기술의 진보는 계속될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

우울증은 이전에는 단순히 기분이 저하된 상태로 알려져 ‘마음의 감기’라며 누구나 한 번쯤 경험하는 것으로 잘못 알려져 왔었다. 그렇지만 우울증은 생각이나 사고과정, 동기, 의욕, 행동, 수면, 신체활동 등 전반적인 정신적, 육체적 기능이 저하돼 심할 경우는 죽음에 이르는 경우도 많은 심각한 정신질환이다. 우울증의 정확한 발병 원인에 대해서는 알려져 있지 않은 상태이다. 이 같은 상황에서 신경과학자들이 우울증을 유발시키는 뇌세포를 찾아냈다. 캐나다 맥길대 더글라스 정신건강연구소, 신경과학통합연구센터, 맥길대 의대 정신과학과 공동연구팀은 우울증으로 사망한 성인과 다른 원인으로 급사한 사람의 뇌세포를 분석한 결과 우울증을 앓는 사람들에게서 유독 많이 발견되는 뇌세포를 발견했다고 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학분야 국제학술지 ‘최신 정신과학’ 5일자에 실렸다. 최근 국내 연구진은 몸 속 염증이 뇌에 영향을 미쳐 우울증을 일으킬 수 있다는 연구결과를 내놓기도 했다. 많은 연구자들이 우울증은 체내 염증이 신경세포에 영향을 미치거나 특정 뇌신경세포가 우울증을 유발시킬 것이라고 보고 있다. 이 같은 가운데 연구팀은 맥길대 부속병원의 윤리위원회의 승인을 받아 우울증으로 사망한 10명과 우울증을 포함한 정신질환이 아닌 다른 신체증상으로 인해 급사한 10명의 뇌 조직을 비교했다. 연구팀은 기억과 학습에 관여하는 것으로 알려진 뇌 해마 부위에 존재하는 성상교세포의 GFAP와 비멘틴이라는 단백질에 주목했다. 성상교세포는 별 모양의 형태를 하고 있는데 신경세포에 영양공급, 이온농도 조절, 노폐물 제거 등 역할을 한다. 뇌 조직 분석결과 우울증을 앓았던 사람들의 뇌에서는 전반적으로 성상교세포 숫자가 줄고 비멘틴 GFAP도 눈에 띄게 줄어든 것이 확인됐다. 또 성상교세포의 구조나 형태는 일반인이나 우울증 환자나 다르지 않았지만 세포의 분포와 숫자에서 확연히 차이가 났다. 중증 우울증으로 진행될 수록 성상교세포의 숫자는 급격히 줄어드는 것으로 조사됐다. 우울증이 다른 요인들도 있겠지만 뇌 세포의 구성과도 밀접한 관련이 있을 것으로 연구팀은 보고 있다. 이 때문에 성상교세포의 감소를 막아주면서 자연스럽게 뇌 기능을 강화하는 방법을 찾는 것이 우울증 개선에 도움을 줄 수 있으며 장기적으로는 치매와 같은 기억 관련 질환도 예방할 수 있을 것이라고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끌고 우울증과 자살에 있어서 뇌 염증의 역할을 연구하고 있는 나귀브 메차와르 교수는 “이번 연구는 우울증 유발에 관여하는 뇌세포를 찾아냄으로써 효과적인 신개념의 우울증 치료제를 개발할 수 있을 뿐만 아니라 부작용이 없는 효과적 우울증 치료가 가능해지도록 도울 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 자석의 자기장과 유전공학 기술을 결합해 뇌 신경세포를 활성화시키는 방법을 찾아 걷지 못하는 생쥐를 걷게 만들었다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단, 연세대 고등과학원 공동연구팀은 자기장을 이용해 뇌 운동신경을 무선, 원격으로 정밀제어할 수 있는 ‘나노 자기유전학’ 기술을 개발했다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈’ 29일자에 실렸다. 자기장은 자기공명영상(MRI) 같은 영상의학장치에 쓰이면서 질병진단에 활용되고 있지만 치료에는 거의 활용되지 못하고 있다. 연구팀은 자석의 자기장을 이용해 미세한 토크힘을 발생시킬 수 있는 나노나침반을 개발했다. 토크힘은 물체에 작용해 물체를 회전시킬 수 있는 능력을 말한다. 연구팀이 개발한 나노나침반의 토크힘은 뇌세포의 ‘피에조-1’ 이온채널을 열어 뇌신경 신호전달이 가능한 것으로 확인됐다. 이온채널은 세포 내부 이온농도를 조절하는 막단백질을 말한다.연구팀은 생쥐의 우뇌 운동신경부위에 나노나침반을 주입한 다음 자기장을 가했다. 그 결과 칼슘이온이 세포 내로 유입돼 원하는 부위의 운동능력을 촉진시키는 것이 확인됐다. 실제로 쥐의 왼발 운동신경이 활성화되고 운동능력이 5배 정도 향상되는 것이 관찰됐다. 이번에 개발된 나노자기유전학 장치는 중심지름이 70㎝ 정도의 MRI 장비에서도 작동이 가능하고 사람의 뇌를 포함한 인체에 25mT(밀리테슬라)의 자기장을 전달할 수 있는 것으로 확인됐다. 자기장은 인체 침투력이 좋기 때문에 운동장애가 발생하는 파킨슨병은 물론 암 같은 난치병 치료에도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 천진우 IBS 단장(연세대 화학과 교수)은 “이번에 개발된 나노자기유전학은 원하는 세포를 유전공학으로 선택한 뒤 무선, 원격으로 특정 뇌 부위를 활성화시킬 수 있는 방법으로 자리잡아 뇌의 작동원리 규명과 질환 치료 등 뇌과학의 새로운 지평을 열게 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 오랫 동안 배터리 교체 없이 스마트폰으로 뇌 신경회로를 조절할 수 있는 장치를 개발했다. 카이스트 전기및전자공학부, 연세대 의대 공동연구팀은 동물을 이용해 장기간 뇌 기능 연구를 해야할 때나 중독 같은 정신질환, 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌질환치료에도 적용할 수 있는 무선 충전 가능한 광(光)유전학 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 22일자에 실렸다. 광유전학은 빛을 이용해 특정 신경세포만 제어할 수 있는 기술로 현재는 뇌기능 연구에 많이 활용되고 있는데 각종 뇌질환 치료에도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되고 있다. 기존 광유전학 기술은 외부 장치와 연결된 광섬유를 뇌에 이식해 신경세포에 빛을 전달하는 방식이었다. 문제는 유선 방식의 광유전학 기술은 동물 실험시 움직임을 제한하기 때문에 복잡한 동물실험이 어렵다는 점이다. 이 때문에 최근에는 무선 광유전학 기술이 나오고 있지만 배터리 용량의 한계로 주기적으로 교체해야 하거나 무선으로 전력공급 받는 동안 동작이 안정적이지 못하다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 배터리 무선충전과 장치의 무선제어가 가능한 회로를 만들어 마이크로LED 탐침과 결합시켰다. 생체 이식후 기기에 의해 주변 뇌조직이 손상되는 것을 막기 위해 생체적합성 소재로 만든 이번 장치는 무게가 1.4g에 불과하고 실험대상이 움직이는 동안에도 배터리의 무선충전이 가능하고 스마트폰 어플리케이션(앱)으로 광자극을 조절할 수 있다. 연구팀은 이번에 개발한 생쥐의 두피 안으로 완전히 이식한 상태에서 실험한 결과 무선 충전이 가능하다는 것을 확인했다. 또 중독성 약물인 코카인에 중독되도록 한 생쥐의 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달해 코카인 중독증상을 억제하는 것도 확인했다. 정재웅 카이스트 교수는 “이번에 개발된 장치는 체내에 이식한 뒤 무선 충전이 가능하기 때문에 배터리 교체를 위한 추가 수술이 필요 없이 반영구적으로 사용이 가능하다”며 “이번 기술은 뇌 이식용 장치 뿐만 아니라 인공 심박동기, 위 자극기 등 다양한 생체 이식용 기기에도 적용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

많은 사람들은 인생의 황혼기인 노년을 존엄하고 행복하게 보내길 원한다. 행복한 노년을 위해서 필수요건은 다름 아닌 건강이다. 특히 다양한 요인으로 발생하는 치매는 서서히 기억을 잃게해 자신이 누구인지까지 망각하게 만들어 노인들이 가장 두려워하는 퇴행성 뇌질환이다. 국내 연구진이 치매의 주요 원인인 알츠하이머 발병 메커니즘을 새로 찾아내 주목받고 있다. 한국뇌연구원 신경회로연구그룹은 알츠하이머를 앓다 사망한 환자의 뇌조직과 유전자 변형으로 알츠하이머를 유발시킨 생쥐를 이용해 실험한 결과 뇌신경세포 시냅스의 단백질 중 하나인 ‘RAPGEF2’ 발현 이상이 알츠하이머 환자의 시냅스 손상을 일으키는 원인이라고 18일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘신경병리학 및 응용신경생물학’에 실렸다. 치매 원인의 75%를 차지하고 있는 알츠하이머는 기억력 상실, 양극성장애, 언어장애, 운동장애, 망상 등에 시달리게 한다. 알츠하이머 원인에 대해 베타아밀로이드 단백질이나 타우 단백질이 뇌에 비정상적으로 침착되기 때문으로 알려져 있다. 베타아밀로이드 단백질 침착은 뇌신경세포 시냅스를 손상시켜 인지장애를 유발시키는 것으로 알려져 있지만 정확한 발병 메커니즘을 모르기 때문에 근본적인 치료도 불가능한 상황이다. 연구팀은 알츠하이머를 앓다가 사망한 환자의 뇌 조직과 유전자 변형을 통해 알츠하이머를 유발시킨 생쥐의 뇌를 분석한 결과 공통적으로 RAPGEF2라는 단백질이 비정상적으로 활성화돼 있다는 사실을 발견했다. 신경생물학적 방법으로 분석한 결과 베타아밀로이드 단백질이 RAPGEF2 단백질의 과발현을 촉진시키고 이것들이 다시 하위 신경경로를 활성화시켜 시냅스 손실과 손상을 가져온다는 것이다. 또 전자현미경 관찰과 행동분석을 통해 생쥐에게 RAPGEF2 단백질 발현을 억제시키면 베타아밀로이드 단백질이 늘어나더라도 시냅스의 감소를 막을 수 있을 뿐만 아니라 인지기능 손상도 차단된다는 것도 알아냈다. 이계주 박사(신경회로연구그룹장)는 “이번 연구는 알츠하이머 초기에 나타나는 신경세포 손상의 분자적 메커니즘을 규체적으로 규명했다는데 의미가 크다”라며 “알츠하이머 같이 시냅스 손상성 뇌질환의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 뇌·인지과학전공 이성배 교수 연구팀은 루게릭병과 전두측두엽성 치매 등 다양한 퇴행성 뇌질환의 발병에 기여하는 TDP-43 단백질의 신경 세포 내 이동을 제어하는 핵심 조절기전을 새롭게 규명했다. 서울대학교 생명과학부 황대희 교수 연구팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 루게릭병과 전두측두엽성 치매의 초기 단계에 효과적인 치료제 개발을 위한 가능성을 열어 줄 것으로 기대된다. 이성배 교수와 서울대 생명과학부 황대희 교수 공동연구팀은 신경세포에서 TDP-43 단백질이 핵과 세포질 사이에서 이동하는 것을 조절하는 생리적 프로그램에 대한 연구를 진행했다. 그 결과, 세포내 칼슘-칼페인-임포틴으로 연계되어 있는 신호 전달계가 관여해, 정상 상황에서 세포환경이 변화하면 TDP-43 단백질의 세포내 위치가 세포질과 핵 사이에서 변화하는 것을 밝혀냈다. 특히 이번 연구를 통해 질병 진행상황에 따라 세포내 ‘칼슘-칼페인-임포틴 신호 전달계’를 적절히 조절하면 루게릭병 동물 모델의 운동성을 상당히 회복시킬 수 있단 사실도 확인할 수 있었다. 따라서 공동연구팀은 TDP-43 단백질이 신경 세포의 세포질 내에서 비정상적으로 응집해 독성화되기 전인 질병의 초기단계에 선제적으로 TDP-43 단백질의 이동을 제어해 퇴행성 뇌질환의 병증 억제가 가능할 수 있다는 새로운 치료전략을 제시했다. 이성배 교수는 “이번 연구는 대표적인 퇴행성 뇌질환 유발 단백질인 TDP-43의 세포내 이동을 제어하는 세포의 내재적 프로그램을 규명한 것”이라며, “향후 루게릭병 등 TDP-43 단백질이 관여하는 여러 퇴행성 뇌질환들에 대해 새로운 전략에 기반한 치료제 개발이 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다. 이번 연구는 서울대학교 황대희 교수 연구팀과 공동으로 수행하였으며, DGIST 뇌·인지과학전공 박정향 학생, 정창근 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구결과는 생명과학 분야 학술지 ‘eLife’ 온라인 판에 지난해 12월 11일 게재됐으며, 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구실(BRL) 지원사업의 성과이다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

코로나19 예방과 치료 효과가 입증되지 않은 말라리아 치료제 ‘클로로퀸’에 대한 사용 주의보가 발령됐다. 식품의약품안전처는 5일 “최근 소셜네트워크서비스(SNS)를 중심으로 ‘클로로퀸이 코로나19를 예방하고 치료할 수 있다’는 내용을 담은 허위 정보가 유포되고 있다”면서 “이미 지난해 상반기 우리나라, 영국, 미국, 세계보건기구(WHO) 등에서 코로나19 환자에게 치료적 유익성이 인정되지 않아 코로나19 예방과 치료 목적으로 사용하지 말라고 권고했다”고 밝혔다. 이외에도 미 식품의약국(FDA)은 지난해 6월 클로로퀸의 코로나19 치료 목적 긴급사용을 취소했고, 유럽의약품청(EMA)은 클로로퀸을 복용한 후 심장박동 이상 등 심각한 부작용이 발생한다고 경고했다. 또 간·신장 장애, 발작, 저혈당으로 이어질 수 있는 신경세포 손상 가능성도 배제할 수 없다고 평가했다. 아울러 코로나19 중증환자에 사용되는 항염증약인 ‘덱사메타손’은 면역 억제 작용으로 감염 증상이 악화할 수 있다. 식약처는 클로로퀸과 덱사메타손은 의사의 처방에 따라 투여되는 전문의약품이므로, 처방전 없이 약국에서 사서 사용하면 심각한 부작용 발생 우려가 있다고 강조했다. 특히 해외직구 등 온라인에서 판매되는 의약품은 가짜 의약품 등 위험이 있다고 밝혔다. 또 처방전 없이 약국에서 조제 및 판매하는 행위나 온라인 판매는 명백한 불법이므로, 관련 위법행위에 대해 지속해서 모니터링하고 철저히 단속할 예정이다. 식약처 관계자는 “병원이 없는 시골에서는 약국을 통해 전문의약품 구입이 가능하고, 약국에 가서 달라고 떼쓰는 분들도 있는 것으로 알고 있다. 또 마음만 먹으면 해외직구 구입이 가능한 약품들”이라면서 “처방전이 없으면 쉽게 구할 수 있는 약품들은 아니지만 조심해달라는 메시지를 전달하는 걸로 이해해 달라”고 밝혔다. 이범수 기자 bulse46@seoul.co.kr

식품의약품안전처는 5일 말라리아 치료제인 ‘클로로퀸’의 코로나19 예방과 치료 효과가 입증되지 않아 사용에 주의가 필요하다고 5일 밝혔다. 클로로퀸은 말라리아 치료에 사용되는 전문의약품으로 이미 지난해 상반기 우리나라, 영국, 미국, 세계보건기구(WHO) 등에서 코로나19 환자에게 치료적 유익성이 인정되지 않아 코로나19 예방과 치료 목적으로는 사용하지 말라고 권고했다. 미국 식품의약국(FDA)은 지난해 6월 클로로퀸의 코로나19 치료목적 긴급사용을 취소했다. 유럽의약품청(EMA)은 클로로퀸을 복용한 후 심장박동 이상 등 심각한 부작용이 발생한다고 경고했다. 또 간·신장 장애, 발작, 저혈당으로 이어질 수 있는 신경세포 손상 가능성도 배제할 수 없다고 평가했다.아울러 코로나19 중증 환자에 사용되는 항염증약인 ‘덱사메타손’은 면역 억제 작용으로 감염 증상이 악화할 수 있다. 식약처는 클로로퀸과 덱사메타손은 의사의 처방에 따라 투여되는 전문의약품이므로, 반드시 의사의 상담과 처방에 따라 사용해야 한다고 강조했다. 특히 해외직구 등 온라인에서 판매되는 의약품은 가짜 의약품 등의 위험이 있다고 밝혔다. 또 처방전 없이 약국에서 조제 및 판매하는 행위나 온라인 판매는 명백한 불법이므로, 관련 위법행위에 대해 지속해서 모니터링하고 철저히 단속할 예정이다. 한편 클로로퀸은 지난해 5월 도널드 트럼프 미국 대통령이 매우 성공적인 약물이라며 코로나 예방 차원에서 복용한다는 사실을 밝혔지만 트럼프 대통령은 10월 대선 유세 도중 확진 판정을 받았다. 윤창수 기자 geo@seoul.co.kr

국내 연구진이 외과 수술 같은 환자 부담을 줄이고도 간단히 머리에 쓰는 것만으로도 뇌졸중을 치료할 수 있는 기술을 제시해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 연구팀은 모자나 머리띠처럼 간단하게 착용해 뇌졸중 치료를 할 수 있는 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 개발했다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 의공학 분야 국제학술지 ‘IEEE 의생명공학처리기술’(IEEE Transactions on Biomedical Engineering)에 실렸다. 뇌졸중은 뇌혈관이 막히거나 터져셔 뇌에 산소와 영양소 공급이 부족해 뇌조직 대사에 이상을 일으켜 운동장애, 감각장애, 언어장애, 기억상실 같은 증상을 일으키는 뇌혈관질환의 일종이다. 심할 경우 사망에 이르고 사망하지 않더라도 신경장애를 일으키는 경우가 많다. 뇌졸중 환자의 뇌신경 재활을 위해 운동요법이나 뇌신경자극 같은 다양한 기술이 개발되고 있다. 저강도 집속초음파 자극기술은 수술 없이 초음파를 원하는 뇌부위에 정확하게 쪼임으로써 신경세포를 활성하거나 억제하는 신경손상 질환 재활 치료기술로 주목받고 있다. 그렇지만 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고 고정돼 있는 경우가 많아 사용에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 약 20g의 가벼운 착용형 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 개발했다. 연구팀은 이번 개발된 기술을 뇌졸중을 유발시킨 뇌에게 착용시키 뒤 운동능력의 변화를 관찰했다. 연구팀은 뇌에서 운동관장 부분에 426㎪(킬로파스칼) 압력의 초음파를 가했다.그 결과 사용 3일 후 초음파 치료를 하지 않은 생쥐와 비교했을 때 운동능력이 눈에 띠게 향상됐으며 재활 7일 후에는 정상쥐와 비슷한 운동능력을 갖는 것이 확인됐다. 김형민 KIST 박사는 “이번 연구는 외과 수술 없이 초음파 기기를 간단하게 착용하는 것만으로도 뇌신경 재활이 가능하다는 것을 보여줬다”라며 “추가 연구를 통해 초음파 자극을 통해 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 안전성과 치료효과를 보완하는 작업이 필요하다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

점심 식사를 하러 식당에 들어갔다가 메뉴판을 보고 뭘 먹을지 고르지 못하는 이들이 의외로 우리 주변에 많다. 이런 사람들은 요즘 같이 사회적 거리두기 상황에서 음식을 배달시키려고 할 때도 한참 동안이나 고민에 빠지거나 여행을 떠나려고 할 때 어디를 가야할지 망설이는 경우도 있다. 이렇게 결정을 제대로 내리지 못하는 사람들을 ‘결정장애’가 있다고 말한다. 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 행동경제학과 연구팀은 결정장애는 지나치게 많은 선택지 때문에 뇌가 과부하에 걸리기 때문에 나타나는 현상이라는 연구결과를 내놓은 바 있다. 이번에는 뇌신경과학자들이 결정장애가 뇌 특정 신경망 활성이 낮아지면서 나타나는 현상이라는 분석결과를 내놔 주목받고 있다. 스페인 카잘 연구소, 미국 뉴욕대 랑곤의료센터 신경과학연구소, 독일 프리드리히 알렉산더대 생리학·병리학연구소, 하인리히 하이네대 의대 의료심리학교실, 라이프치히 분자약학연구소 신경치료교실 공동연구팀은 의사결정은 별세포라고도 불리는 성상세포와 뉴런간 연결이 약하기 때문에 나타나는 현상이라고 11일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 뇌과학 분야 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’ 8일자에 실렸다. 심리학자와 뇌과학자들은 목표지향적 행동에 있어서 의사결정(decision-making)은 최적의 선택을 위해 모든 조건의 장단점을 고려해 결정을 내리는 행위로 다양한 뇌 영역이 관여하는 것으로 보고 있다. 의사결정은 전두엽 피질에서 관여하고 있는데 별세포가 주요 역할을 하는 것으로 알려졌다. 그렇지만 성상세포와 다른 뇌 신경세포가 어떻게 의사결정에 관여하는지 정확한 작동방법은 파악하지 못하고 있다. 피라미드 세포로 불리는 흥분신경세포와 다른 신경활동을 억제하는 역할을 하는 억제 중개신경세포 활성을 조절해 의사결정에 관여하는 것으로 추정하고 있었다. 연구팀은 광유전학 기술을 이용핸 생쥐 행동실험을 실시했다. 별세포를 자극하거나 억제하면서 길찾기 같은 특정 상황에서 생쥐가 어떤 행동을 보이는가를 관찰한 것이다. 그 결과 내측 전두엽 피질의 별세포가 신경망의 억제와 흥분을 조절해 의사결정에 관여한다는 사실을 확인했다. 특히 별세포의 억제성 신경전달물질인 ‘가바’(GABA)가 전두엽 피질에서 감마파의 활동을 조절함으로써 작업기억을 비롯한 인지기능과 의사결정에 영향을 미친다는 설명이다. 실제로 생쥐의 뇌에 빛을 쬐어 가바의 활성이 높여 감마파 발생을 낮출 경우 미로에서 길 찾기를 어려워하고 갈래길에서 결정을 못내리는 것으로 확인됐다. 뇌 속 별세포의 활성을 조절함으로써 결정장애를 개선할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 거트루드 페루아 스페인 카잘 연구소 교수는 “이번 연구는 결정장애라는 행동을 유발시키는 근본 원인을 파악함으로써 뇌의 인지기능에 대한 이해도를 한층 높였다는데 의미가 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

관절염으로 인한 극심한 통증을 고주파를 사용하면 완화할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 에모리의대 연구진은 향염증제나 스테로이드 주사 치료에 반응이 없어진 중등도 이상의 고관절 또는 어깨관절에 염증이 있는 환자 23명을 대상으로 환부에 바늘을 삽입한 뒤 고주파를 방사하는 시술로 통증을 완화하는 데 성공했다고 밝혔다. 현재 극심한 관절 통증을 치료하려면 인공 관절로 대체하는 수술밖에 해결책은 없다. 따라서 많은 사람은 진통제나 스테로이드 주사로 신경을 일시적으로 차단하는 방법을 선택한다. 하지만 주사의 효력을 시간이 지남에 따라 떨어지므로 통증과의 재회를 뒤로 미루는 수단에 지나지 않는다. 연구를 주도한 필릭스 M. 곤잘러즈 박사(영상의학과)는 “보통 시간이 지날수록 환자들은 이런 주사에 덜 반응하게 된다. 첫 번째 마취 또는 스테로이드 주사는 6개월간 통증 완화를 제공할 수 있고 두 번째 주사는 3개월, 세 번째 주사는 1개월밖에 지속하지 않을 수 있다”면서 “통증 완화의 정도가 점차 의미 없게 된다”고 설명했다. 따라서 의료 기술이 진보해도 관절 통증은 극복하기 어려운 난치병인 것이다. 그런데 이번 치료법은 신체의 자유를 유지하면서 관절의 통증을 완화한다. 이 치료의 핵심은 미세 바늘에 있다. 환부에 삽입한 바늘 끝에 고주파를 방사하는 핀 포인트 방식으로 가열해 문제가 되는 병변 부위를 국소적으로 태워 괴사시키는 것이다. 이에 따라 고주파 절제술로 불리는 이 시술은 난치성 심장 질환 등 여러 분야에도 쓰이고 있다. 그런데 에모리의대 연구진은 이 시술이 통증의 출처인 신경 세포에 대해서도 효과가 있다고 보고 어깨와 고관절 통증으로 고통받는 환자들을 대상으로 효과를 실험했다. 사용한 바늘은 길이 50~150㎜로, 1분 30초 동안 고주파를 방사해 바늘 끝부분의 온도는 80℃까지 올라간다. 그 결과, 어깨에 대해서는 85%의 환자에게서 통증이 줄었고 팔의 움직임 등 기능은 74%의 환자에서 증가한 것으로 나타났다. 또 고관절에 대해서는 70%의 환자에서 통증이 감소했고 그 기능은 66%의 환자에서 증가한 것으로 확인됐다. 더욱더 놀라운 점은 이 치료로 인한 부작용은 조금도 나타나지 않았다는 것이다. 이는 국소적인 신경세포의 제거가 신체의 자유를 빼앗지 않은 채 통증의 감각만을 차단했다는 것을 의미한다. 따라서 이 시술은 인공 관절을 대신할 대안이 될 것으로 보인다. 치료로 인한 외과적 상처는 말 그대로 바늘 구멍 정도이므로 환자의 부담도 거의 없다. 게다가 국소적인 제거 방법이라 전이성 암 등에 대해서도 효과가 있어 응용도 기대할 수 있다. 자세한 연구 결과는 오는 29일부터 12월 5일까지 미국 시카고에서 개최하는 북미영상의학회(RSNA) 연례학술회의에서 공개될 예정이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

소아마비는 말 그대로 소아(小兒), 어린이들에게 발생하는 아주 무서운 병이었다. 인체를 마비시키는 ‘폴리오바이러스’가 근육의 신경세포를 파괴한다. 이 병에 걸린 사람은 팔이나 다리가 평생 마비된 채 지내거나 죽기도 했다. 1900년대 초까지만 해도 전 세계에서 매년 50만명의 소아마비 환자가 발생했다. 프랭클린 루스벨트 미 대통령도 39세에 소아마비에 걸려 평생 왼쪽 다리의 장애를 겪었다. 우리나라에서도 1950년대까지 매년 2000여명의 환자가 발생했다. 그런데 1984년 이후로는 소아마비 환자가 한 명도 발생하지 않았다. 바로 조너스 소크 박사가 1955년 백신을 개발한 덕분이었다. 더욱 놀라운 것은 제약회사에 백신을 판매해 억만장자가 될 수 있었던 소크는 당시 기자회견에서 “특허권은 없어요. 태양에도 특허권이 없잖아요”라며 특허권을 포기하고 백신 생산법을 공개해 많은 사람들이 쉽고 값싸게 백신을 구할 수 있었다. 소크 박사가 자신 혼자만의 이익보다 공공의 이익을 선택해 전 세계의 많은 사람이 더이상 소아마비로 인해 고통받지 않게 됐다. 미국 제약사 화이자와 모더나, 독일 바이오엔테크 등이 최근 코로나19 백신의 임상시험 효과를 잇따라 발표하면서 코로나 종식이 머지않았다는 기대감이 커지고 있다. 백신 개발 소식이 잇따르면서 세계 각국에서 백신 확보 전쟁이 시작됐는데 이미 미국 정부가 6억회분을, 일본이 6000만회분을 확보했다는 얘기가 들린다. 사실일 경우 백신이 시장에 나와도 선진국이 싹쓸이를 할 가능성이 높다. 그래서 국제사회는 최근 ‘백신 평등’을 주장하고 나섰다. 세계보건기구(WHO)가 빈부의 차이 없이 세계 각 나라에 공정하고 효율적으로 백신을 배포해야 한다고 목소리를 높이고 있다. 화상회의 형태로 어제와 그제 열린 주요 20개국(G20) 정상회의도 코로나19 백신과 관련해 “모든 사람을 위한 적당한 가격과 공정한 접근을 보장하기 위한 노력을 아끼지 않겠다”며 백신을 공평하게 분배하기 위한 자금을 지원하기로 뜻을 모았다. 아시아태평양경제협력체(APEC) 정상들도 20일 채택한 ‘2020 쿠알라룸푸르 선언’에서 “진단검사, 필수 의료 물품과 서비스의 개발, 생산, 제조와 분배 등에 건설적으로 협력해야 한다”면서 “백신 등 의학대책에 공평한 접근이 원활히 이뤄져야 한다”고 밝혔다. 국제 통계 사이트 ‘월드오미터’에 따르면 22일 현재 전 세계에서 코로나19 누적 확진자는 5800만명을 넘었고 코로나19로 인한 사망자는 138만여명을 기록했다. 코로나로 고통을 받고 있는 전 세계가 기업의 이익이 아닌 공공의 이익을 앞세운 ‘소크의 정신’을 기대한다. jrlee@seoul.co.kr

“초미세먼지 노출시 치매 위험 24% 상승”“초미세먼지, 뇌 신경세포 연결망 파괴”美 신경학회 학술지 ‘신경학’에 실려초미세먼지 노출이 심해지면 뇌가 쪼그라들어 치매에 걸릴 위험성이 높아진다는 연구결과가 나왔다. 특히 초미세먼지가 잔뜩 포함된 공기 오염이 심한 대도시에 사는 사람일수록 치매가 올 가능성이 높다고 연구진은 밝혔다. “초미세먼지 농도 올라갈 때마다치매 관련 뇌 부위 수축 높아져” 미국 서던 캘리포니아대학 환경보건과학 센터(Environmental Health Sciences Center)의 다이애나 유난 교수 연구팀은 초미세먼지 노출이 알츠하이머 치매와 관련된 뇌 부위들을 축소시킬 수 있다는 연구결과를 발표했다고 미 보건전문지 헬스데이 뉴스(HealthDay News)가 19일 보도했다. 연구팀은 여성 건강 연구(WHI: Women‘s Health Initiative)에 참가하고 있는 노인 여성 712명(평균연령 78세)의 5년간 조사 자료를 분석한 결과 이러한 사실이 밝혀졌다고 말했다. 연구팀은 연구 시작 때와 5년 후 두 차례 MRI로 이들의 뇌를 촬영했다. 또 첫 MRI 촬영 전 3년 동안 연구 참가자 거주지의 공기 중 초미세먼지 농도를 조사해 초미세먼지 농도에 따라 이들을 4그룹으로 분류했다. 연구팀은 “분석 결과 노출된 초미세먼지 농도가 올라갈수록 치매 관련 뇌 부위 위축은 더 심해지는 것으로 나타났다”면서 “특히 노출된 초미세먼지 농도가 3μg/m3 올라갈 때마다 치매 관련 뇌 부위 위축 점수는 평균 0.3점 높아지는 것으로 분석됐다”고 발표했다. 연구팀은 “이를 환산하면 치매 위험이 24% 높아지는 것에 해당한다”고 설명했다.“눈에 안 보이는 초미세먼지,코 통해 뇌로 들어가 뉴런 연결망 손상” 연구팀은 또 초미세먼지 노출이 이처럼 치매 위험과 연관이 있는 이유에 대해 “눈에 보이지 않는 초미세먼지가 코를 통해 뇌로 들어가 뇌 신경세포(뉴런)들의 연결망에 손상을 일으킬 수 있기 때문일 것”으로 추측했다. 실제 거주지의 초미세먼지 농도가 가장 낮은 그룹은 초미세먼지 농도가 평균 7~10μg/m3, 가장 높은 그룹은 13~19μg/m3였다. 미국 환경보호청(EPA)의 초미세먼지 농도 안전 기준은 12μg/m3 이하이다. 연구팀은 두 차례의 뇌 MRI 검사 결과 분석을 인공지능(AI)에 맡겨 치매와 관련된 뇌 부위들에 나타난 변화의 정도에 따라 0~1점의 점수를 매기게 했다. 첫 번째 MRI 때 점수는 0.28점이었고 두 번째 MRI에서는 0.44점으로 높아졌다.“공기 오염 심한 대도시 사람들 치매 위험 높다” 연구진 강조 연구진은 “공기오염이 심한 대도시에 사는 사람들은 치매 위험이 높다는 의미로 해석할 수 있다”고 강조했다. 이 결과는 연구 대상 노인들의 인종, 교육 수준, 음주, 흡연, 신체활동 등 다른 변수들을 고려한 것이라고 연구팀은 밝혔다. 그러나 이 연구는 여성 노인들만을 대상으로 했기 때문에 젊은 여성이나 남성 노인의 경우는 다를 수 있다고 연구팀은 덧붙였다. 이 연구 결과는 미국 신경학회(American Academy of Neurology) 학술지 ‘신경학’(Neurology) 온라인판(11월 18일자)에 실렸다.강주리 기자 jurik@seoul.co.kr

초미세먼지 농도가 높은 지역에 사는 노년 여성은 알츠하이머병과 같은 치매를 일으키는 뇌수축이 생길 위험이 2배까지 커질 수 있다는 연구결과가 나왔다. 미국 서던캘리포니아대 연구진은 미 여성건강계획(WHI) 조사에 참여한 78세 이상 여성 712명을 대상으로 초미세먼지 노출이 뇌용적에 미치는 영향을 분석한 결과 이같이 나타났다고 18일(현지시간) 밝혔다. 초미세먼지는 지름 2.5㎛ 이하의 물질(PM2.5)을 의미한다. 연구진은 조사 대상자를 각 거주지의 연평균 초미세먼지 농도 등급(㎍/㎥)에 따라 4개 그룹으로 분류했다. 이때 최저 농도 그룹은 평균 7~10㎍/㎥의 초미세먼지, 최고 농도 그룹은 평균 13~19㎍/㎥의 초미세먼지에 노출됐다. 미국에서는 미국 환경보호청(EPA)이 정한 초미세먼지 대기환경 기준(NAAQS)에 따라 ‘좋음’ 수준은 12㎍/㎥로 우리나라의 기준인 15㎍/㎥보다 엄격하다. 연구진은 또 알츠하이머병의 위험인자인 뇌수축 패턴을 확인하기 위해 훈련된 기계학습 도구를 사용해 각각의 MRI 사진에 대해 알츠하이머병 환자들의 것과 얼마나 유사한지에 기초해 0점에서 1점까지 점수를 부여했다. 점수가 높아질수록 뇌 용적 변화가 크다는 뜻이다. 그 결과, 전체적으로 여성의 점수는 연구 시작 당시 0.28점에서 5년 뒤 0.44점으로 높아진 것으로 나타났다. 이는 초미세먼지의 영향으로 뇌용적이 줄어들었다는 것. 초미세먼지 노출 수준이 3㎍/㎥ 증가할 때마다 5년간 뇌수축 변화는 평균 0.03점 증가한 것으로 확인됐다. 이는 알츠하이머병에 걸릴 위험이 24% 증가한 것과 맞먹는 수준이다. 심지어 이 연구는 지역의 초미세먼지 농도가 높을수록 뇌수축 위험이 점점 커진다는 것을 확인해준다. 연구에서 확인된 최고치인 19㎍/㎥의 초미세먼지 농도에 노출된 여성들은 최저치인 7㎍/㎥의 초미세먼지 농도에 노출된 여성들보다 뇌수축 위험이 2배에 달했다고 연구진은 설명했다. 게다가 이런 상관관계는 나이와 교육 수준, 고용 상태, 심장 건강 그리고 신체 활동 등 뇌수축에 관여할 수 있는 다른 요인에 대해 조정해도 유지되는 것으로 밝혀졌다. 연구 주저자 다이애나 여넌 서던캘리포니아대 박사는 “뇌용적의 감소는 알츠하이머병과 같은 치매의 위험요인으로 알려졌지만, 대기오염이 뇌구조를 변하게 하는지는 여전히 연구되고 있다”면서 “이 연구는 더 높은 수준의 대기오염에 노출된 70, 80대 여성들이 5년간 알츠하이머와 관련한 뇌 변화 위험성의 증가를 발견했다”고 말했다. 이어 “연구는 이런 독소가 뇌 구조나 뇌 신경세포망의 연결을 방해해 치매로 가는 진행에 관여할 수 있다는 점을 시사한다”고 덧붙였다.　자세한 연구 결과는 미국신경과학회(AAN)가 발행하는 국제 학술지 ‘신경과학: 임상시험’(Neurology: Clinical Practice) 최신호(18일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

세기의 복서 무하마드 알리, SF 영화 백투더퓨처 주인공 마이클 제이폭스의 무릎을 꿇린 질병은 다름 아닌 ‘파킨슨병’이다. 파킨슨병은 알츠하이머에 이어 두 번째로 발병률이 높은 퇴행성 뇌질환으로 꼽히며 근본적 치료법도 없는 상태이다. 국내 연구진이 파킨슨병으로 인해 발생하는 운동 이상증을 정상 수준으로 회복시킬 수 있는 방법을 찾아내 화제가 되고 있다. 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 연구팀은 도파민 신경세포에서 ‘오글루넥당화’가 도파민 신경세포 기능과 사멸에 관여한다는 사실을 밝혀내고 이를 활성화시키면 파킨슨병의 대표적인 증상인 근육마비나 경련 같은 운동 이상증세를 완화시킬 수 있다고 12일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘브레인’ 9일자에 실렸다. 파킨슨병에 걸리면 뇌 속 도파민 신경세포가 죽어 인체 운동과 근육 움직임에 관여하는 물질인 도파민 분비가 줄어든다. 이 때문에 현재는 도파민을 보충해 운동이상을 치료하는 대증적 요법으로 파킨슨병에 대응하고 있다. 그렇지만 도파민 신경세포 자체가 죽기 때문에 근본적 치료는 아니다. 연구팀은 오글루넥당화 활성화를 통해 도파민 신경세포 조기 사멸을 억제할 수 있다는 사실을 확인했다. 오글루넥당화가 신경세포 조기사멸의 원인으로 꼽히는 단백질 인산화를 차단하기 때문이다. 실제로 연구팀은 파킨슨병을 유발시킨 생쥐에게 오글루넥당 분해를 억제하는 약물을 투여하고 관찰한 결과 도파민 신경세포가 일찍 죽는 현상이 억제되고 운동이상 증상이 완화되는 것을 확인했다. 김재익 UNIST 교수는 “오글루넥당화는 그동안 신경세포와 신경계에서 중요한 역할을 할 것으로 추정돼 왔는데 이번 연구는 오글루넥당화가 도파민 신경세포에 미치는 영향을 새롭게 밝혀냈다”라며 “오글루넥당화가 과인산화를 억제한다는 것을 증명함으로써 단백질 과인산화로 나타나는 파킨슨병 뿐만 아니라 알츠하이머 치료의 새로운 가능성을 보였다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 퇴행성 뇌질환을 일으키는 새로운 독성 인자를 발견해 효과적인 치료방법 개발에 도움을 줄 것으로 기대되고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 이성배 교수팀은 퇴행성 ‘핵인자 카파비’라는 물질이 뇌질환 발병에 영향을 미치는 새로운 독성 인자라고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘세포 생물학’에 실렸다. 고령화 사회가 가속화되면서 퇴행성 뇌질환 환자 숫자가 증가하고 있지만 관련 치료제나 치료방법은 아직 개발되고 있지 않고 있다. 연구팀은 헌팅턴병처럼 신경퇴행성 질환인 폴리글루타민 뇌질환과 루게릭병으로 알려진 근위축성 측삭경화증의 병리학적 메커니즘에 대한 연구를 진행한 결과 평소 활성이 억제돼 있던 핵인자 카바비가 뇌질환 초기부터 비정상적으로 과활성화되면서 신경독성을 유발시키고 신경세포의 형태를 변화시키고 사멸 시키는 등의 방법으로 심각한 신경병증을 일으키는 것으로 확인됐다. 연구팀은 헌팅턴병이나 루게릭병 이외에 알츠하이머나 파킨슨병에도 핵인자 카파비의 신경독성이 작용할 가능성이 크다는 것을 확인했다. 이에 따라 핵인자 카파비의 활성 억제를 통해 다양한 퇴행성 뇌질환의 효과적 치료제 개발이 가능할 것으로 연구팀은 기대했다. 이성배 교수는 “이번 연구는 강한 신경 독성을 갖고 있지만 평소는 억제돼 있다가 질병상황에서 비정상적으로 활성화되는 독성인자를 실험적으로 증명한 것”이라며 “기존에 알려진 퇴행성 뇌질환 유발 독성인자와 함께 핵인자 카바비를 감소시킬 수 있다면 효과적인 치료가 가능할 것으로 기대된다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 뇌·인지과학전공 이성배 교수 연구팀은 퇴행성 뇌질환 발병에 기여하는 새로운 잠재 독성 인자로 ‘핵인자 카파비(NF-κB)를 발굴하고 이를 통한 신경병리 기전을 규명했다. 이번 연구를 통해 마땅한 치료제가 없던 다양한 퇴행성 뇌질환들을 효과적으로 치료할 새로운 약물 개발의 가능성을 제시할 것으로 기대된다. 이 교수 연구팀은 헌팅턴병처럼 신경퇴행성 질환인 폴리글루타민 뇌질환과 근위축성 측삭경화증(루게릭병)의 병리기전에 대한 연구를 진행했다. 그 결과, 평소 활성이 억제돼 있던 핵인자 카파비가 뇌질환 초기에 비정상적으로 과활성화되며 신경독성을 유발하고, 신경세포의 형태 변화나 사멸과 같은 심각한 신경병증을 일으킨다는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구를 통해 이 교수 연구팀은 퇴행성 뇌질환에서 신경 세포의 병증과 그 사멸에 기여하는 잠재 독성 인자인 핵인자 카파비를 발굴하며 추가적인 잠재 독성 인자들도 존재할 수 있는 가능성을 제시했다. 특히 이번 연구는 특정 잠재 독성 인자의 활성 억제 약물 개발과 이를 활용한 표적 치료제 개발의 가능성을 열어, 기존과 전혀 다른 퇴행성 뇌질환 치료제의 가능성을 보여줬다. 이 교수는 “이번 연구는 강한 신경 독성을 가졌기에 평소에는 억제돼 있던 잠재 독성 인자가 질병상황에서 갑자기 비정상적인 활성화로 독성을 지니면서 퇴행성 뇌질환을 일으킬 수 있단 것을 실험으로 증명한 것이 핵심”이라며 “핵인자 카파비 인자 외에도 퇴행성 뇌질환을 일으키는 다른 잠재 독성 인자를 찾는 후속 연구와 궁극적으로 독성 인자들의 활성을 선택적으로 감소시켜 병 완화에 효과적인 치료제를 개발하는 연구를 계속 진행하려 한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 美 록펠러(Rockefeller) 대학에서 출간하는 세계적 권위의 학술지인 ‘Journal of Cell Biology(JCB)’ 온라인판에 지난 10월 22일 게재됐다. 또 하버드 의대 소속 권민지 박사후 연수연구원, DGIST 뇌·인지과학전공 한명훈, 고병수 석·박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했다. 이번 연구 결과는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구실 지원사업과 중견연구자 지원사업의 성과이다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

공간감각이 둔해 몇 차례 가본 길이나 장소를 제대로 기억하지 못하고 처음 가본 것처럼 헤매는 사람들을 두고 ‘길치‘라고 부른다. 공간감각이 공간기억으로 연결되지 못하기 때문에 나타나는 행태이다. 길치도 음악감각이 떨어지는 음치처럼 노력해도 쉽게 고쳐지지 않는 경우가 많다. 그런데 뇌에 빛을 비추는 단순한 방법만으로도 ‘길치’에서 벗어날 수 있다는 흥미로운 연구결과가 나왔다. 영국 런던대 의생명연구소, 신경과학과, 노르웨이 국립과학기술대(NTNU) 시스템 신경과학연구소, 독일 막스플랑크 생물사이버네틱스연구소, 프랑스 파스퇴르연구소 공동연구팀은 뇌에 빛을 쪼여 GPS 세포라고 불리는 장소세포를 재조정할 수 있다고 9일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘셀’ 7일자에 실렸다. 사람을 포함해 대부분 동물의 뇌에는 장소를 인지하거나 길 찾기를 담당하는 ‘장소세포’가 있다. 뇌 속 위성항법장치(GPS)라고도 불리는 장소세포는 그동안 공간정보만 처리하는 것으로 알려졌지만 최근에는 감각이나 기억에도 관여하는 것으로 확인되기도 했다. 연구팀은 생쥐실험을 통해 길을 제대로 찾지 못하는 길치 쥐라도 장소세포를 빛으로 자극하면 위치에 대한 기억을 재활성화시킬 수 있음을 확인했다. 연구팀은 장소세포가 단순히 공간에 대한 기억 뿐만 아니라 뇌 속 정보들을 탐색해 찾게 만들어주는 역할을 한다는 사실을 증명한 것이다. 연구팀은 생쥐의 신경세포를 조작해 뇌 신경세포가 활성화될 때 빛이 발생해 쉽게 파악할 수 있도록 했다. 그 다음 디지털 홀로그램으로 특정 경로를 기억하도록 설탕물로 보상을 했다. 연구팀은 홀로그램과 똑같은 실제 미로에 생쥐를 갖다 놓은 뒤 길을 찾도록 했다. 가상현실과 실제가 똑같았지만 처음에 생쥐는 길을 찾지 못하고 우왕좌왕하는 모습을 보였다. 이후 연구팀이 레이저를 이용해 장소세포를 자극한 결과 생쥐는 실제 미로에서도 손쉽게 길을 찾아내는 것이 관찰됐다. 이번 연구를 주도한 신경과학자 마이클 하우저 런던대 교수는 “이번 연구는 장소세포라는 특정 신경세포를 이용해 기억이 뇌에 저장되는 방식을 좀 더 정확하게 알 수 있게 해주고 있다”라며 “기억이 저장되는 방식에 대한 새로운 사실과 이해도를 높여 통해 치매나 알츠하이머 같은 기억관련 장애를 치료할 수 있는 새로운 방법을 찾는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

비만한 사람이나 당뇨 환자들은 골절상을 당하기 쉽기 때문에 조심해야 한다는 이야기를 많이 듣는다. 체내 염증이 쉽게 발생하고 일반인들이라면 가벼운 부상으로 지나갈 일도 비만환자나 당뇨환자들은 큰 부상으로 이어지기 쉽다. 국내 연구진이 당뇨나 비만 같은 대사질환에 동반하는 골질환의 단초를 발견했다. 연세대 치과대 연구팀은 뇌 시상하부 신경세포에 존재하는 일차섬모가 에너지 대사와 골항상성에 중요한 역할을 하는 세포소기관이라는 사실을 밝혀냈다. 이번 연구결과는 의과학 분야 국제학술지 ‘임상추적’(Journal of Clinical Investigation)에 실렸다. 코점막이나 폐표면, 난관 등에 있는 운동성 섬모와 달리 운동성이 없는 일차섬모는 그동안 별다른 기능 없이 퇴화된 흔적기관으로만 알려져 있었다. 그렇지만 최근 감각기관에서 다양한 감각을 전달하기 위한 수용체로써 세포 안팎을 연결해주는 ‘세포의 안테나’로 주목받고 있다. 연구팀은 앞선 연구를 통해 뇌 시상하부 복내측핵에 존재하는 특정신경세포가 에너지 대사에 중요하며 이 신경세포 표면에 유난히 긴 일차섬모가 존재한다는 것을 확인했다. 이에 연구팀은 해당 신경세포에서만 일차섬모가 만들어지지 않는 생쥐를 만들고 일차섬모의 역할을 조사했다. 그 결과 일차섬모가 결손된 생쥐모델에서 심한 비만이 나타났으며 이는 산소소비량 감소와 에너지 소비가 되지 않는 등 에너지 대사위축 현상이 다각도로 나타났기 때문으로 확인됐다. 일차섬모가 없는 생쥐들은 교감신경 활성이 떨어지면서 식욕억제 호르몬 렙틴에 대한 민감성을 잃으면서 과섭취로 이어졌고 자율신경 이상으로 인한 골밀도 조절에도 어려움을 겪는 것으로 확인됐다. 김기우 연세대 치과대 교수는 “이번 연구는 교감신경활성에 관여하는 일차섬모가 에너지대사와 뼈항상성 유지에 필수적이라는 것을 밝혀냈다”라며 “중추신경계를 통한 에너지대사와 골밀도의 동시조절 가능성을 제시함으로써 비만이나 당뇨 등 대사질환과 동반되는 골질환을 표적으로 하는 약물개발의 단서가 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 퇴행성 뇌질환이나 다양한 정신질환 등의 원인을 밝혀낼 단서를 찾았다. DGIST는 뇌·인지과학전공 고재원 교수 연구팀이 뇌 시냅스 발달을 매개하는 시냅스 접착단백질 간의 핵심 신호전달 경로를 발견했다고 21일 밝혔다. 뇌는 수많은 신경세포로 이루어져 있다. 한 개의 신경세포는 수천 개의 다른 신경세포들과 연결되어 다양한 신경회로를 형성한다. 이를 통해 정상적인 학습, 기억 등의 기능을 담당한다. 이러한 신경세포 간 연결부위 역할을 하는 시냅스는 전 시냅스(presynapse)와 후 시냅스(postsynapse)로 구성되어져 있는데, 전시냅스에서 신경전달물질을 내보내면 후시냅스의 신경전달물질 수용체가 감지하면서 뇌 기능이 작동한다. 이 때 시냅스 형성 과정을 매개하는 중요한 인자가 바로 시냅스 접착 단백질이다. 시냅스 접착 단백질의 기능에 이상이 생기면 신경회로 연결에 문제가 생기고 뇌 질환이 일어난다. 이 때문에 시냅스 접착 단백질의 기능을 완벽히 밝혀내면 뇌 질환 치료에 큰 도움이 될 수 있다. 하지만 다양한 종류의 시냅스 접착 단백질들이 어떻게 상호작용하면서 시냅스의 형성과 유지, 소멸을 매개하는지에 대한 정확한 기전은 밝혀지지 않았다. 이에 고재원 교수 연구팀은 전시냅스의 여러 접착단백질 중 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질이 서로 상호작용하면서 시냅스를 형성함을 최초로 발견했다. 또한 이러한 상호작용은 동물세포 내 다당류인 ‘헤파란 설페이트(Heparan sulfate)’에 의해 정교하게 조절되고 있음을 확인했다. 기존 학계에서는 이 두 단백질이 각기 독립적인 메커니즘을 통해 시냅스 형성을 매개한다고 알려져 왔었기에 더욱 의미가 큰 발견이다. 연구팀은 PTP시그마 단백질과 뉴렉신 단백질을 각각 하나씩 또는 동시에 삭제한 초파리 유충들을 개별 제작 후, 신경근접합부에서의 신경전달 및 전 시냅스 봉오리 숫자를 분석했다. 이를 통해 두 초파리의 비슷한 유전자 서열을 가진 유전자가 생체 내에서 상호작용하며 시냅스 구조 및 기능 조절의 메커니즘을 규명했다. DGIST 고재원 교수는 “이번 연구는 시냅스 접착단백질인 PTP시그마와 뉴렉신으로 구성된 복합체가 다양한 전시냅스 및 후시냅스 단백질들과 협업하는 복잡한 신호전달 경로를 밝힌 것”라며, “지속적인 심화연구를 통해 시냅스 발달을 매개하는 보편적 분자원리를 확립하겠다”고 소감을 밝혔다. 이번 연구 성과는 보건복지부와 한국보건산업진흥원이 지원하는 보건의료인재양성지원사업으로 수행됐으며, 뇌?인지과학전공 한경아 연구교수가 제1저자로 참여했다. 또 뇌신경과학 분야의 저명 국제학술지 ‘저널 오브 뉴로사이언스(The Journal of Neuroscience)’’에 10월 9일자 온라인 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr