(좌측부터)조일주 교수, 신효근 교수 / 고려대 의과대학

고려대 의과대학 융합의학교실 조일주 교수 연구팀이 경북대학교 IT대학 전자공학부 신효근 교수 연구팀과 협력해 비침습적으로 뇌를 정밀하게 자극하고 조절할 수 있는 혁신적 광유전학 기반 신경 조절 기술을 개발했다.

이 연구는 기존 뇌 자극 기술의 한계를 극복하며, 뇌질환 치료와 뇌 기능 연구의 새로운 가능성을 제시했다. 연구 결과는 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.

이번에 개발된 기술은 광민감 단백질(opsins)과 상향변환입자(upconversion particle)를 활용해 특정 뇌 영역의 신경을 정밀하게 활성화하거나 억제하는 데 성공했다.

연구팀은 적색광을 사용해 신경을 활성화(ReaChR)하고, 근적외선(NIR)을 통해 신경을 억제(stGtACR2)하는 양방향 신경 조절 방식을 구현했다.

또한, 초소형 무선 광전자 장치를 설계해 동물의 자유로운 움직임 상태에서도 휴대폰으로 다중 뇌 부위를 정밀하게 조절할 수 있는 시스템을 개발했다.

이 기술은 기존 비침습적 뇌 자극 기술에서 정밀도가 부족했던 문제를 해결하며 신경 퇴행성 질환 치료의 가능성을 크게 확장했다.

연구팀은 이 기술을 파킨슨병 동물 모델에 적용해 신경 퇴행성 질환 치료 가능성을 입증했다. 운동 영역(M2)과 중간선조체(dmST)에 각각 광민감 단백질과 상향변환입자를 주입한 후 적색광과 근적외선을 이용해 신경을 활성화한 결과, 운동 저하 증상이 크게 개선되었다.

기존의 뇌심부 자극술(DBS)은 전극을 뇌에 삽입해야 하는 침습적 방식이었으나, 이번 기술은 머리에 부착 가능한 비침습적 시스템으로 안전성과 편의성을 동시에 확보해 주목받고 있다.

조일주 교수는 “이번 연구는 뇌를 비침습적으로 정밀하게 자극해 신경 퇴행성 질환 치료뿐만 아니라 뇌 기능 개선의 새로운 가능성을 열었다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “이 기술이 다양한 뇌질환 치료와 뇌 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 바이오의료기술개발사업 및 뇌기능규명·조절기술개발사업의 지원을 받아 진행됐다.

연구 결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 지난달 30일자 온라인 판에 ‘여러 뇌 영역에서 정확한 양방향 신경 조절을 위한 경두개 광유전적 뇌 자극기(Transcranial optogenetic brain modulator for precise bimodal neuromodulation in multiple brain regions)’라는 제목으로 게재됐다.

이번 연구는 비침습적 신경 조절 기술의 한계를 극복하고 신경 퇴행성 질환 치료의 새로운 장을 열었다는 점에서 뇌 질환 연구와 치료 분야의 패러다임 전환을 예고하고 있다.

안티에이징뉴스 박원빈 기자 wbpark@medichacha.co.kr 박원빈 기자의 기사 더보기

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