조영제 안쓰고 저산소 상태 유도해 뇌 혈류 반복 측정

기초과학연구원 "뇌질환 조기진단 활용"

저산소 상태를 활용한 뇌 혈류 측정법을 개발한 기초과학연구원(IBS) 연구진. IBS 제공

국내 연구진이 체내에서 일시적인 저산소 상태를 유도해 조직과 장기에 공급되는 혈액의 흐름을 측정하는 새로운 방법을 개발했다. 뇌질환의 조기진단 및 진행 경과와 치료 효과를 살피는 데 활용될 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 김성기 뇌과학이미지연구단 단장 연구팀이 일시적인 저산소 상태를 유도해 조직과 장기에 공급되는 혈류를 측정하는 방법을 새롭게 개발했다고 20일 밝혔다.

뇌 혈류는 항상성을 유지하기 위해 뇌의 노폐물을 제거하고 산소 및 영양분을 전달한다. 다양한 뇌질환의 바이오마커 역할도 한다. 기존 자기공명영상(MRI), 양전자방출 단층촬영(PET), 컴퓨터단층촬영(CT)과 같은 혈류 측정 방법은 방사성 화합물, 조영제 등을 활용한다. 이들 물질은 방사선 노출이나 조영제 허용치 등의 한계로 인해 반복적인 촬영이 어려웠다. 

연구진은 체내에 존재하는 단백질인 디옥시헤모글로빈(dHb)에 주목했다. 이 단백질은 MRI 기법으로 혈류를 측정할 때 혈류지표인 뇌혈류용적(CBV)과 뇌혈류량(CBF)을 주로 사용한다. 이를 통해 저산소 환경에서 측정이 쉽다는 특징을 갖는다. 산소가 부족해지면 산소와 결합하지 않는 dHb의 농도가 일시적으로 높아지는데 dHb는 자성을 띠어 혈류 측정에 이용되는 MRI 신호 변화량을 증가시키기 때문이다.

연구진은 흡입마취 상태인 쥐 모델에 질소가스를 5초 동안 노출해 저산소 상태를 유도하고 발생한 MRI 신호 변화를 통해 CBV와 CBF를 측정했다. 이 방법은 MRI 신호 검출 민감도를 높여 더욱 정확한 혈류 측정을 가능케 했다. 일시적인 저산소 상태는 수 초간 숨을 참는 것이나 다름없어 실험 쥐에 미치는 생리학적 영향이 미미했다.

연구진이 개발한 시스템은 흡입마취제뿐만 아니라 주사용 마취제를 투여한 쥐 모델에서도 질소가스를 성공적으로 전달하고 뇌 혈류를 정량적으로 측정했다. 연구진은 “이는 기존방법에 비해 비침습적이고 신호 감도가 높아 작은 MRI 신호 변화도 민감하게 측정 가능하다”고 설명했다.

새로운 혈류 측정 시스템은 단기간에 반복측정이 가능해 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있다. 뇌 조직뿐만 아니라 온몸에 걸쳐 발생하는 허혈성 질환, 암 질환 등에 적용이 가능하다. 치료약물 투여 전후의 변화도 측정할 수 있어 전임상·임상 약효 유효성 평가에도 활용 가능하다.

연구를 이끈 김성기 단장은 “혈류지표의 측정은 치매, 뇌종양 등 다양한 뇌질환의 조기진단 및 진행 경과, 치료 효과의 모니터링에 중요하다”며 “향후 사람에게도 적용 가능한 혈류 측정 방법의 개발이 기대된다”라고 말했다. 연구 결과는 지난달 28일 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 온라인판에 게재됐다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]