새해 벽두, 韓 기초과학 연구자…세계 최고 성과로 `네이처` 장식

IBS, 뇌척수액 배출 통로 찾아..치매 예방 기여
찰나의 순간 '이온'의 시공간 변화 관측 성공

고규영 IBS 혈관 연구단장

이효철 IBS 첨단 반응동역학 연구단장

IBS 혈관 연구단은 뇌척수액 배출이 코 뒤쪽에 있는 비인두 림프관망이라는 사실을 밝혀냈다.

IBS 첨단 반응동역학 연구단은 기체 상태 이온의 탄생과 변화를 실시간으로 포착해 이온이 구조적 암흑 상태를 거쳐 생성물을 형성하는 것을 규명했다.

새해 벽두부터 우리나라 기초과학 연구자들의 활약이 빛났다.

10일 기초과학연구원(IBS)에 따르면 혈관 연구단과 첨단 반응동역학 연구단의 연구성과들이 수월성을 인정받아 과학분야 최고 학술지 '네이처(11일자)'에 나란히 게재됐다.

고규영 혈관 연구단장(KAIST 의과학대학원 특훈교수)은 윤진희 선임연구원, 진호경 연구원 연구팀과 뇌 속 노폐물 청소 역할을 하는 뇌척수액의 주요 배출 통로가 코 뒤쪽에 있는 비인두 점막에 넓게 분포하는 림프관망이라는 것을 새롭게 밝혀내 네이처에 발표했다. 또 이 과정에서 림프관망과 연결된 목 림프관을 발견하고, 이를 수축·이완시켜 뇌척수액 배출을 증가시킬 수 있다는 사실을 확인했다. 뇌 속 노폐물을 원활히 청소해 치매 등 신경퇴행성 질환을 예방하는 중요한 과학적 근거를 제시했다는 점에서 의미가 크다.

연구팀은 생쥐 동물실험을 통해 뇌의 앞쪽과 뇌 중간 부위 뇌척수액이 비인두 점막 림프관망에 모인 뒤 목 림프관을 지나 목 림프절로 이어지는 경로에 따라 배출되는 것을 생체 내 이미징 기술을 적용해 시각화하는 데 성공했다. 림프관망이 뇌 안쪽과 바깥쪽 림프관을 연결해 뇌척수액을 배출하는 '허브' 역할을 한다는 것이다.목 림프관의 수축과 이완을 평활근 세포 조절 약물로 유도할 수 있고, 이 때 뇌척수액의 배출을 원활하게 조절할 수 있다는 사실도 규명함으로써, 뇌 외부에서 뇌척수액의 배출을 조절할 수 있음을 제시했다.

고규영 IBS 단장은 "뇌 속 노폐물을 청소하는 비인두 림프관망의 기능과 역할을 규명하고, 뇌척수액 배출을 뇌 외부에서 조절하는 새로운 방법을 제시해 향후 치매 등 신경퇴행성질환 연구에 이정표가 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이효철 첨단 반응동역학 연구단장(KAIST 화학과 교수) 연구팀은 기체 상태 이온의 탄생과 변화 과정을 실시간으로 포착한 연구결과를 네이처에 논문으로 실었다. 연구팀은 이 과정에서 이온이 구조적 암흑상태 등 기존에 알려지지 않았던 단계들을 거쳐 생성물을 형성한다는 것을 알아냈다.

실생활에서 우주까지 이온은 중요한 역할을 하지만, 수 피코초(1조분의 1초)의 찰나 순간에 수 옹스트롬(1억분이 1㎝) 수준으로 미세하게 움직이는 이온의 시간과 공간에 다른 변화를 실험으로 관측하기 어려웠다. 더욱이 기체 상태의 이온은 관찰하기 더 어려웠다.

연구팀은 더 빠르고 작은 움직임을 볼 수 있도록 고안된 '메가전자볼트 초고속 전자회절 장비'와 특정 이온을 실험에서 대량 생성하는 '공명 증강 다광자 이온화 기법'을 적용했다. 이 과정에서 양이온이 생성된 후 아무런 구조변화가 일어나지 않는 '구조적 암흑 상태'에 머무르는 현상을 처음으로 발견했다. 구조적 암흑 상태는 3.6피코초 동안 지속됐는데, 약 15피코초 후에는 브롬 원자를 포함한 중간체로 변환됐다가 77피코초 후에는 브롬 원자가 떨어져 나가 브로모늄 이온을 형성했다고 연구팀은 설명했다.

이효철 IBS 단장은 "그동안 밝혀지지 않았던 이온의 감춰진 비밀을 한꺼풀 벗겨낸 연구결과"라며 "기체 이온에 대한 이해를 확장해 화학반응 메커니즘, 물질 특성 변화 및 우주화학과 같은 다양한 분야에 통찰력을 제공할 것"이라고 말했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr