걷기 힘든 생쥐, 자석으로 자극했더니 걸었다..자석으로 운동신경 정밀 제어

자기장을 이용해 뇌신경세포를 활성화 할 수 있는 '나노자기유전학' 개발
자기장 이용해 생쥐의 운동능력 5배 이상 향상 확인
파킨슨병이나 암 같은 난치병 치료를 위한 신기술 개발 가능 기대

[서울신문]

자기장을 통한 나노나침반의 토크힘 발생 가상도 - 기초과학연구원(IBS) 제공

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.

자기유전학을 통한 뇌 신경 활성화 - 나노나침반은 뇌세포의 피에조-1 이온 채널을 개방해 칼슘 이온이 유입되고, 뇌세포 활성화 및 전기 신호를 생성한다. 전기 신호는 뇌 신경을 따라 전달된다. 전달된 전기신호는 중추 신경계를 활성하고, 선택된 뇌세포의 종류와 위치에 따라 다양한 뇌의 활동 촉진이 가능하게 되는 것이다.IBS 제공

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

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