빛으로 알츠하이머 일으키는 뉴런 찾는다

형광물질로 알츠하이머 치매와 파킨슨병을 일으키는 뉴런을 찾는 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공

형광물질로 알츠하이머 치매와 파킨슨병을 일으키는 뉴런을 찾는 기술이 개발됐다. 뉴런의 기능 이상, 퇴행으로 발병하는 알츠하이머 치매와 파킨슨병을 일으키는 구체적인 원인을 찾고 치료제를 개발하는 데 활용할 수 있을 것으로 보인다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 김윤경 뇌과학연구소 책임연구원 연구팀이 장영태 포스텍 교수 연구팀과 함께 차세대 뉴런 표지 기술인 'NeuM'을 개발했다고 밝혔다. 

뉴런 표지 기술은 뉴런을 시각화해서 관찰하는 방법이다. 퇴행성 신경질환을 연구하기 위해선 뉴런을 선택적으로 골라 실시간으로 모니터링해야 한다. 현재 가장 많이 사용하는 방법은 유전자 기반 표지 기술과 항체 기반 표지 기술이다. 이 방법들은 유전자의 발현이나 단백질에 의존하기 때문에 정확성이 낮고 장기간 추적 관찰하는 데 어려움이 있었다. 

연구팀이 개발한 NeuM은 나노 입자를 이용해 살아있는 뉴런의 '세포내이입'을 통해 세포막을 염색해 뉴런을 관찰하는 기술이다. 세포내이입은 세포가 에너지를 이용해 단백질 같은 분자를 세포 내로 옮기는 과정을 말한다.

나노 입자엔 형광물질로 구성된 화합물인 '형광 프로브'가 들어 있다. 형광 프로브는 살아있는 세포를 활성화시켜 뉴런의 막에 결합한 뒤 형광 성분을 특정 파장의 빛으로 방출한다. 이를 통해 뉴런의 막을 시각화하면 말단구조를 세밀하게 관찰할 수 있으며 신경세포의 분화 및 신경세포 간 상호작용 또한 고해상도로 모니터링이 가능하다.

NeuM을 이용하면 기존 6시간에 불과했던 뉴런의 관찰 시간을 최대 72시간까지 늘릴 수 있어 외부 환경 변화에 따라 살아있는 신경세포가 장시간 동안 어떤 변화를 하는지 포착할 수 있다. 퇴행성 뇌질환은 아밀로이드와 같은 독성 단백질 생성 및 염증 물질의 유입으로 뉴런이 손상돼 발생하기 때문에  NeuM이 아직 치료제가 없는 퇴행성 신경질환의 연구와 치료법 개발에 실마리를 제공할 것으로 기대된다.

김 책임연구원은 "이번에 개발된 NeuM은 노화 및 질병으로 인해 퇴행하는 신경세포를 구분할 수 있어 퇴행성 뇌질환의 발생기전을 규명하고 치료법 개발에 중요한 도구가 될 것"이라며 "앞으로는 지금보다 더 정밀한 신경세포의 분석을 위해 형광 파장 제어설계를 통해 녹색, 빨강 등 색깔을 구분할 수 있도록 고도화할 계획"이라고 밝혔다.

연구엔 김 책임연구원, 장 교수 외에 성윤식, 고티나 리자베타, 김규현 KIST 뇌질환극복연구단 학생연구원과 임성수 KIST 뇌질환극복연구단 선임연구원이 참여했다. 
 

[이채린 기자 rini113@donga.com]