수술 없이 초음파로 뇌 질환 치료한다

미 워싱턴대, ‘음파유전학’ 기술로 신경세포 활성 조절

홍 첸 미국 워싱턴대 의대 교수 연구진은 웨어러블(wearable·착용형) 초음파 장치와 유전공학을 결합해 뇌에 손상을 주지 않고 신경질환을 치료할 수 있는 기술을 개발했다./미 워싱턴대

외과적 수술 없이 초음파로 뇌 신경세포를 조절하는 기술이 나왔다. 지금보다 더 미세한 영역을 뇌 여러 곳에서 동시에 정밀하게 조절할 수 있어 인체에서 효능과 안전성이 입증되면 뇌 질환 치료에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

홍 첸 미국 워싱턴대 의대 교수 연구진은 웨어러블(wearable·착용형) 초음파 장치와 유전공학을 결합해 뇌에 손상을 주지 않고 신경질환을 치료할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 18일 ‘미 국립과학원회보(PNAS)’에 게재됐다.

파킨슨병과 같은 신경질환은 뇌의 여러 영역에 손상을 일으킨다. 치료하려면 뇌 여러 영역에서 신경세포를 조절할 수 있어야 한다. 지금까지는 금속 전극을 뇌에 삽입하거나 외부에서 전자기 자극을 가하는 방법이 쓰였다. 하지만 수술 과정에서 뇌 조직이 손상되는 부작용이 일어날 수 있고, 외부 자극은 뇌 투과율과 해상도가 낮아 한계가 있었다.

연구진은 2021년 ‘음파유전학(sonogenetics)’ 기술을 개발했다. 인체에 해가 없는 바이러스로 초음파에 반응하는 이온 통로 유전자를 특정 신경세포에 전달했다. 전기를 띤 입자인 이온들이 세포막의 통로로 오가면 신경신호가 발생한다. 연구진은 쥐에게 초음파를 쏘면 바이러스가 전달한 유전자 덕분에 이온 통로가 열리면서 해당 신경세포가 활성화되는 것을 확인했다. 2022년에는 초음파 빔을 미세하게 조절할 수 있는 도구를 3D(입체) 프린터로 만들었다. 덕분에 미세한 영역에 초음파를 집중시킬 수 있었다.

이번 연구는 두 기술을 결합했다. 연구진은 파킨슨병을 유발한 실험용 쥐에 초음파 자극을 줘 특정 신경세포를 작동시켰다. 그러자 느린 움직임이나 얼어붙는 행동과 같은 증상이 완화됐다. 첸 교수는 “뇌 손상 없이 신경세포를 유형별로 조절할 수 있다”며 “앞으로 파킨슨병 같은 퇴행성 뇌 질환 치료에 적용할 수 있을 것”이라고 했다.

이번에 개발한 초음파 장치의 제작 비용도 50달러(약 6만9000원)에 불과해 활용도도 높다고 연구진은 밝혔다. 첸 교수 연구진은 미 국립보건원(NIH)에서 2021년부터 5년 동안 300만 달러(약 41억원)를 받아 수술 없이 뇌 질환을 치료할 방법을 개발하고 검증할 예정이다.

연구진은 쥐에게 초음파를 쏘면 바이러스가 전달한 유전자 덕분에 이온 통로가 열리면서 해당 신경세포가 활성화되는 것을 확인했다./미 워싱턴대

참고 자료

PNAS(2024), DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2402200121

Brain Stimulation(2021), DOI: https://doi.org/10.1016/j.brs.2021.04.021

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