[파이낸셜뉴스] 한국생명공학연구원 감염병연구센터 권오석 박사팀이 우울증을 실시간으로 알아낼 수 있는 바이오센서를 개발했다. 이 센서는 혈액속 신경전달물질인 세로토닌의 농도를 확인할 수 있다. 이 센서는 향후 높은 스트레스를 받는 소방관이나 군인, 정신 질환자들의 모니터링이나 우울증 조기 진단을 위한 방법으로 활용이 가능할 것으로 보인다. 권오석 박사는 "세로토닌의 실시간 모니터링으로 세로토닌의 체내 기능에 미치는 영향뿐만 아니라, 외부의 유해한 자극에 대한 분비 변화량을 관찰할 수 있게 됐다"며, "현장 진단용 센서 원천기술로써 질병의 자가 진단과 환경 분야 등 다양한 분야로 응용이 가능할 것"이라고 말했다. 18일 생명공학연구원에 따르면, 마음의 감기인 우울증 환자가 최근 5년(2017년~2021년)간 평균 7.8%씩 증가하며 그 수가 100만명에 달하고 있다. 이는 그 자체로 이미 하나의 사회적 문제가 되고 있다. 우울증 원인으로는 유전적 소인, 내분비 이상, 스트레스, 성격적 특성, 대인관계의 문제 등과 함께 체내 신경전달물질의 불균형이 관련 있는 것으로 밝혀져 있다. 우울증 환자는 신경전달 물질이 다음 신경으로 전달되기 전에 신호가 감소하거나 혼란이 생긴다. 우울증에 영향을 미치는 주된 신경전달물질로는 세로토닌, 노르아드레날린, 도파민이 손꼽힌다. 특히, 혈액속 세로토닌의 정상적인 농도는 101~283ng mL이지만 이보다 부족할 경우 주요 우울증이 생길 수 있다. 연구팀진 세로토닌에 선별적으로 반응하는 바이오 탐침을 만들고, 이를 전도성 높은 나노섬유와 결합해 극미량의 세로토닌 농도도 검출할 수 있는 바이오나노 센서를 개발했다. 이 센서가 세로토닌과 반응하며 발생한 전기적 신호를 실시간으로 모니터에서 확인해 간편하게 체내 세로토닌의 농도를 측정할 수 있도록 했다. 이 센서는 세로토닌이 포함된 인공 체액에서 유효성 평가에서도 높은 수준의 신뢰성을 보여 임상시험에서의 적용 가능성을 확인했다. 한편, 이번 연구결과는 나노과학 분야의 세계적인 저널인 '나노 융합(Nano Convergence)' 7월 12일자로 발표됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 병든 세포는 전기에너지가 부족하고 이를 보충해주면 세포 기능이 활성화되면서 관련 질환이 치유될 수 있다는 전기생리학 이론을 구현한 신개념 의료기기가 국내 특허를 획득했다. 심영기 연세에스의원 원장과 리젠테크는 최근 '고전압 미세전류 통증 진단기기'가 특허를 받았다고 밝혔다. 이번에 진단 분야에서 특허를 받았지만 이미 임상 현장에서 혁혁한 치료효과를 입증했다. 심영기 원장은 "전기자극치료는 이미 '경피적 전기신경 자극기'(TENS)를 통해 널리 보급됐지만 전류 침투 깊이가 수 mm에 불과해 진단은 물론 치료 기기로서도 한계를 갖고 있었다"며 "새 특허기술은 마이크로암페어(㎂) 수준의 미세전류 정전기를 3000V의 고전압으로 쏴주는 방식이어서 몸의 코어(심부)에까지 전류가 다달아 진단 및 치료에 활용할 수 있다"고 말했다. 그는 "기존 전기자극치료기는 효과는 어느 정도 있으나 데이터로 객관화할 지표가 없어 진단에는 쓸 수 없었다"며 "통증의 정도나 깊이를 객관적으로 진단할 수 있는 방법을 개발한 게 평가를 받아 특허를 획득하게 됐다"고 설명했다. 심영기 원장은 이번 특허 획득을 계기로 외주 제작이 아닌 자체 생산에 들어가면서 치료법 이름을 기존 호아타요법에서 '호아타리젠요법' 또는 '리젠요법'으로 바꿔 부르기로 했다. 통증이나 만성질환을 일으키는 세포는 세포내 음전하가 줄어들어 있다. 세포밖의 양전하와의 차이를 나타내는 막전위가 떨어지면 세포기능이 저하돼 통증이 나타나게 돼 있다. 막전위 저하가 직접 암을 일으키지는 않지만, 거의 모든 암세포는 막전위가 거의 제로 수준으로 바닥을 친다. 심 원장은 "호아타리젠요법의 프로브(탐침)을 환부에 갖다 대면 병든 세포에서 전기에너지를 잡아끌며 고사 상태에서 회복하려는 전인현상(電引現象) 또는 통전현상을 보인다"며 "전인현상 및 전기마찰현상 (electrofriction)을 이용해 정상 부위와 통점 부위의 전기마찰계수 차이를 계측하면 정확하게 통증유발점을 찾을 수 있다"고 원리를 설명했다. 따라서 전기자극치료로 통증이 사라지는 효과를 얻었다면 전기마찰계수가 감소하는 변화를 관찰할 수 있다. 한 때 손바닥만큼 작은 전기근육 마사지기기나 저주파 안마기기가 인기를 끈 적이 있다. 하지만 이런 휴대용 비(非) 의료기기가 근본적인 치료방법이 될 수 없는 것은 전류의 세기가 약하기 때문이다. 효과를 높이려 전류의 세기를 높이면 감전 현상이 일어나므로 유의해야 한다. 감전이란 전기신호가 일시적으로 근육과 신경이 놀라게 하거나, 과도한 전기에너지가 생체조직을 파괴하는 것을 말한다. 이를 감안하면 호아타리젠요법 의료기기는 '저주파 안마기기' '경피적신경자극기'보다 훨씬 더 깊은 부위에 전기에너지를 흘려보내 통증이나 만성질환을 개선할 수 있고, 치료 효과를 오래 지속할 수 있는 게 강점이다. 심 원장은 "전압은 아주 높지만 전류의 세기는 매우 낮기 때문에 안전하며, 차별화된 효과를 나타내는 게 호아타리젠 의료기기의 특장점"이라며 "체내에 공급된 전기에너지는 세포 내 에너지 원천인 ATP(아데노신삼인산) 생성을 증가시켜 취약해진 세포를 다시 건장하게 하고, 인체의 감각 수용기를 직접적으로 자극해 호르몬 분비 촉진 및 면역력 강화 등을 통해 통증이나 만성질환을 유발하는 근본적인 원인을 해결할 수 있다"고 말했다. 리젠호아타요법은 수많은 질환 중 유독 통증질환에 잘 듣는다. 통증은 결국 근육과 신경의 기능 저하나 잘못된 신경전달기능 때문에 일어나고 그 기저에는 이들 조직의 전기에너지 공급 부족이 원인으로 작용하기 때문이다. 근육통이나 관절통, 척추통증, 턱관절통증, 근막동통증후군, 허리디스크, 좌골신경통, 섬유근육통, 말초신경병증, 안면마비 후유증 등이 이에 속하는 질병군이다. 심 원장은 "전기생리학 이론에 따르면 인체 생리활동에 사용되는 에너지의 60% 이상이 세포 안팎의 음전하와 양전하 간 전위막 차를 일정하게 유지하는 데 사용된다"며 "세포는 일을 하기 위해 전위막 차이 '제로'와 '옵티멈(최적치)' 사이를 수없이 오간다"고 설명했다. 이어 그는 "세포가 스트레스를 받으면 미토콘드리아의 활성도가 감소하고 여기서 만들어지는 ATP가 줄어들고 세포내 음전하 부족으로 세포대사와 모세혈관 순환이 저하돼 만성통증이나 근경련, 신경마비, 감각이상 등이 나타날 수 있다"며 "일시적인 전해질 부족은 미네랄 보충으로 해소되지만 이런 게 누적되면 산소 공급이 줄어들면서 젖산이나 림프슬러지 등 노폐물이 지속적으로 축적돼 근육이나 신경을 구성하는 단백질으 변성으로 이어지고 만성 통증이나 질환으로 굳어질 수 있다"고 지적했다. 따라서 고착화된 만성통증이나 질환은 점진적이면서 근본적인 치유가 가능한 신개념 전기자극치료로 실마리를 마련할 수 있다는 조언이다. 심 원장은 "세포의 발전소로 불리는 미토콘드리아를 제대로 가동하기 위해 전기에너지를 흘려보내는 것이 호아타리젠의 기본 원리"라며 "통증질환에서 기존 약물 및 수술치료로 뾰족한 효과를 기대하기 어려운 상황에 직면했다면 호아타리젠에 기대를 걸어볼 만하다"고 안내했다. 아울러 요즘처럼 거센 코로나19 유행 확산기에는 세포의 면역력과 감염질환 저항력을 향상시키는 데 호아타리젠이 도움을 줄 수 있다고 덧붙였다.   pompom@fnnews.com 정명진 기자

[파이낸셜뉴스] 서구화된 식생활과 오랜 시간 앉아서 일을 하는 업무형태는 다양한 질환을 초래한다. 치질과 항문거근증후군 같은 항문질환도 그 중 하나다. 항문거근증후군은 아직 규정된 정식 병명이 없고 국내서는 항문통증으로 간주하고 치료가 이뤄진다. 원인을 몰라 차일피일 진료를 미루다 병을 키우는 경우가 많고, 정밀검사에도 불구하고 명확한 진단조차 쉽지 않아 갈팡질팡한다. 환자 혼자서 속앓이를 하게 되는 대표적인 항문질환이다. 항문거근증후군은 괄약근 위쪽 직장 주변을 둘러싼 근육 골반저근육인 항문거근(肛門擧筋)에 경련성 수축 및 과긴장에 의한 통증이 발생한다. 그래서 외국에선 항문거근경련증후군(Levator Spasm Syndorme)으로 명명하기도 한다. 아직까지 발병 원인이 분명하게 밝혀지지 않았지만 항문 주위 근육에 피로와 스트레스가 누적돼 나타나는 것으로 추정된다. 평소 화장실에 오래 앉아 있는 습관을 가진 사람이 대변을 보면서 힘을 과도하게 주는 경우 또는 과민성 대장증후군을 앓고 있는 경우, 오랜 시간 앉아서 업무를 보는 직장인에게서 주로 발생하는 것으로 알려져 있다. 항문 부위에 불편감과 함께 잔변감, 화끈거림 등 환자마다 표현하는 증상이 매우 다양하다. 괄약근에 무리가 가해져 발생하는 일종의 근육통으로 뭉치고 약해진 근육을 풀어주면 생각보다 간단하게 증상을 완화시킬 수 있지만 발병률에 비해 잘 알려지지 않아 제대로 된 치료를 받지 못하는 경우가 많다. 따라서 항문 부위에 혈흔이나 튀어나온 조직 없이 불쾌한 통증이 지속된다면 항문거근증후군이 아닌지 확인해볼 필요가 있다. 심영기 연세에스의원 원장은 "항문거근증후군은 의사들도 잘 모르는 경우가 많아 방치되거나 엉뚱한 치료가 이뤄져 오히려 질환이 더 악화되는 경우가 많다"며 "따라서 말로 표현하지 못할 불편감과 잔변감이 지속된다면 진료경험이 풍부한 의료기관을 찾아 원인을 근본적으로 개선하는 치료를 받아야 안정적으로 질환을 개선할 수 있다"고 말했다. 항문거근증후군은 약물치료·보존적치료·주사요법·물리치료 등 비수술적 치료로 충분히 호전이 가능하다. 이 때 겉으로 느껴지는 통증을 조절하기 위해 국소마취제나 근육이완제, 소염진통제, 스테로이드제를 주사해 치료하는 경우가 많은데 일시적인 증상 완화에 그칠 뿐 근본적인 치료가 될 수 없다. 약물치료는 오래 지속할 경우 효과가 반감되는 것은 물론 내성이 쌓여 추후에는 더 강도 높은 약물이 요구된다. 여러 부작용을 염두에 두고 치료에 임해야 한다. 최근 항문거근의 근육통을 개선하기 위한 근본적인 치료법으로 호아타요법이 주목받고 있다. 호아타요법은 일반 전기자극치료보다 약 10배 높은 고전압 미세전류를 인체에 흘려보내 기능이 마비된 세포에 직접적으로 전기자극을 가해 대사를 촉진하고 손상된 근육세포의 재생을 유도한다. 통증이 느껴지는 병변과 가까운 피부 위에 호아타 의료기기의 탐침자를 접촉시키면 피부를 뚫고 전기에너지가 흘러들어가게 된다. 항문거근증후군의 경우 손상된 항문세포가 필요로 하는 만큼 전기를 잡아당긴다. 이 때 병변에서 찌릿한 통증이 느껴지는 전인현상(電引現象)을 통해 세포의 기능이 정상화되고 어느 부위가 아프고 병들었는지 진단적 기능도 수행할 수 있다. 이는 치료와 동시에 정확한 통증 유발점이 어디인지 확인하는 진단 기능을 병행할 수 있음을 의미한다. 호아타요법은 신진대사를 촉진하고 손상된 신경 및 세포의 회복을 돕는 치료방법으로 무너지고 약해진 세포의 전위를 정상으로 되돌릴 뿐만 아니라 세포 주변에 켜켜이 쌓인 림프슬러지를 녹여 배출해줘 불쾌한 항문거근증후군에 따른 통증의 원인을 보다 빠르고 안정적으로 개선할 수 있다. 경구용 약물이나 주사치료처럼 뒤따르는 부작용이 없기 때문에 반복적인 치료에도 인체에 무해할 뿐만 아니라 안전한 치료 결과를 기대할 수 있다. 음전하가 병든 세포에 충전되면 질병이 치유되고 재발 가능성을 최소화할 수 있을 뿐만 질병에 대한 면역력과 저항력을 높이는 데 도움이 된다. 항문거근증후군은 치료 후 재발을 막기 위한 노력도 중요하다. 항문 부위에 스트레스를 주지 않도록 생활습관을 개선한다. 과로와 스트레스를 피하고, 화장실에서 장시간 머무는 습관을 고치며, 오래 앉아 있는 시간을 줄이고, 식이섬유 중심의 식단으로 변비를 완화해야 한다. 증상이 호전된 이후에는 온수좌욕, 케겔운동 등을 꾸준히 해주는 게 권장된다. 심영기 원장은 "항문거근증후군은 당장 신체적인 통증도 문제가 될 수 있지만 방치해서 오래될 경우 정신적인 건강까지 위협할 수 있다"며 "증상이 나타나는 초기부터 체계적인 치료계획을 수립해 근본 원인을 개선하는 치료를 시행하는 게 바람직하다"고 조언했다.   pompom@fnnews.com 정명진 기자

전기레인지가 가스레인지를 대체하는 주방 필수가전으로 빠르게 자리잡고 있다. 사용 중 일산화탄소 및 미세먼지 발생이 없어 안전성이 높고, 뛰어난 열효율로 조리 시간을 절약할 수 있어 주부들에게 큰 인기다. 업계는 전기레인지에 대한 수요 급증으로 올해는 연간 판매량이 100만대를 훌쩍 넘어설 것으로 보고 있다. 점점 커지는 시장을 잡기 위한 신기술 경쟁도 치열해지고 있다. ■매년 10만대이상 판매량 증가 8일 업계에 따르면 지난 2018년 약 80만대 수준이던 전기레인지 연간 판매량은 매년 10만대 이상씩 증가해 올해는 약 110만~120만대 수준으로 예상되고 있다. 전기레인지가 홈쿡, 가전테리어(가전+인테리어) 등 새롭게 떠오른 라이프스타일에 완벽히 부합하는 제품으로 부각되고 있어서다. 전기레인지는 인덕션레인지와 하이라이트, 하이브리드 등 세 종류의 제품을 말한다. 기존엔 가격이 비싼 인덕션 대신 하이라이트에 대한 수요가 높았으나, 최근 프리미엄 제품 선호 현상과 인덕션 제품 기술의 발전으로 인덕션 판매량이 더 크게 뛴 것으로 파악되고 있다. 실제 쿠쿠전자는 올해 10월까지 전기레인지 전체 매출이 지난해 같은기간에 비해 약 60% 이상 성장했다. 10월 판매량만 놓고 보면 인덕션의 경우 전년 동월 대비 236%나 판매량이 뛰었고, 인덕션과 하이라이트가 합쳐진 하이브리드 제품도 같은 기간 판매량이 23% 증가했다. 쿠쿠 측은 "환기가 어려운 겨울철 안전하게 사용할 수 있는 장점으로 최근 판매량이 급증한 것으로 보인다"고 설명했다. 국내 전기레인지 업계를 선도하고 있는 SK매직도 올해 11월까지 전기레인지 누적 판매량이 전년 동기 대비 15% 이상 늘었다. 시장확대로 외국 업체들의 국내 진출 속도도 빨라지고 있다. 스웨덴 가전 기업 일렉트로룩스는 지난해 9월 국내에 처음으로 인덕션을 선보인 후 꾸준히 판매량이 늘고 있다고 설명했다. 일렉트로룩스의 올해 국내 인덕션 월평균 판매량은 2020년에 비해 150% 급성장했다. 현재 일렉트로룩스는 국내 프리미엄 주방가전 시장의 잠재력을 높이 평가하고 공격적인 마케팅을 펼치고 있다. 업계 관계자는 "전기레인지는 가스레인지와 비교해 음식물 조리 시 일산화탄소와 같은 유해가스 배출이 없기 때문에 가족들의 건강을 신경 쓰는 주부들 사이에서 큰 인기를 얻으며 필수가전으로 등극했다"고 분석했다. ■전기레인지 신기술 각축전 전기레인지에 대한 관심이 판매량으로 확인되면서 신제품에 적용되는 기술 경쟁도 뜨겁다. 코웨이는 최근 화구 경계를 완전히 없앤 '노블 인덕션 프리덤'을 전면에 내세웠다. 이 제품은 화구 간 경계선이 전혀 없어 전체 면적에서 자유롭게 가열이 가능하다. 상판 전면을 가열 공간으로 활용해 용기를 원하는 위치 어디에나 놓을 수 있다. 용기 모양을 자동으로 인식해 화구 가열 사이즈가 조절되기 때문에 넓은 팬, 사각그릴 등 부피가 큰 용기도 문제 없이 요리 가능하다. 가열 공간이 늘어난 만큼 와이드형 기준 최대 6개까지 동시에 조리할 수 있는 게 강점이다. 누적판매량 1800만대를 넘어선 쿠쿠전자의 전기레인지는 IH(인덕션히팅) 가열 기술이 탑재돼 강력한 화력과 뛰어난 열 제어가 특징이다. 특히 지난달 출시한 '화이트 셰프스틱 인덕션'은 국내 최초로 탐침형 온도계를 활용해 호응을 얻고 있다. '셰프스틱'으로 이름 붙여진 탐침형 온도계는 용기에 담긴 고기, 국물, 기름 등 식재료에 바로 꽂아 사용하는 방식이다. 인덕션레인지 본체와 연동되는 블루투스 기능을 통해 세부적인 콘트롤을 지원한다. 일렉트로룩스 인덕션 '센스보일'은 물의 끓는점을 감지하는 기능이 탑재돼 물이 끓어 넘치지 않게 자동으로 온도를 내려준다. 또 다른 인덕션 제품인 '센스프라이'는 쿠킹 가이드 프로그램을 통해 요리와 식재료별 맞춤 온도를 자동으로 설정하는 등 업체들이 전기레인지에 잇따라 첨단 기술을 적용하고 있다. wonder@fnnews.com 정상희 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 사람 몸속에 의료기기를 삽입해도 조직이 손상되거나 거부반응이 일어나지 않게 하는 기술을 개발했다. 이 기술을 실험쥐에 테스트해본 결과 기존보다 4배 이상 오랫동안 의료기기를 사용할 수 있었다. 연구진은 사람의 몸속에 삽입하는 의료기기에 이 기술을 이용하면 교체주기를 연장시킬 수 있을 것이라고 전망했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 조일주 단장팀이 뇌를 포함한 인체에 삽입하는 의료기기 코팅기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 연구진이 개발한 기술은 인체에 삽입되는 기기 표면에 단분자막과 윤활유를 얇게 코팅하는 방법이다. 이는 기기가 인체에 삽입되는 동안 발생하는 기기-조직간의 마찰을 감소시켜 조직 손상을 최소화한다. 뿐만아니라 면역거부반응으로 면역세포들이 기기 표면에 붙는 것을 막는 면역세포 부착 방지 특성이 있다. 조일주 단장은 "이 코팅기술은 의료기기가 몸 속에 삽입하는 과정에서 조직의 손상을 최소화 할 수 있으며, 염증반응을 억제해 기기 수명을 더 길게 연장시켰다"고 말했다. 연구진은 의료기기 코팅기술로 뇌신경신호를 감지하는 신경탐침을 코팅했다. 이 신경탐침을 실험쥐 뇌에 삽입해 관찰했다. 그결과 삽입직후 신경 탐침 내 32개의 뇌신호 측정 전극 중 90% 이상의 전극에서 뇌신호가 성공적으로 관찰할 수 있었다. 연구진은 "이 정도의 뇌신호는 코팅기술이 적용되지 않은 신경탐침에서 관찰되는 신호의 2배에 해당한다"고 설명했다. 또한 실험쥐의 뇌조직을 관찰한 결과 삽입 과정에서 발생하는 조직손상이 적었다. 안정성 면에서도 코팅막 처리가 되지않은 탐침은 면역세포들이 기기표면에 붙어 시간이 지남에 따라 신호측정 기능이 떨어졌다. 반면 코팅기술이 적용된 탐침은 생물부착방지 특성으로 기존에 비해 4배가 긴 4개월간 안정적으로 뇌신호 측정이 가능했다. 조일주 단장은 "인체 삽입형 의료기기의 교체 주기를 획기적으로 늘려 빠른 상용화에도 기여 할 것으로 기대한다"라고 말했다. 이번 연구 결과는 연세대학교 서정목 교수팀과의 공동연구를 통해 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 표지논문으로 선정됐다. 한편, 최근 뇌에 브레인칩을 삽입해 생각만으로 기계를 움직이는 뇌-기계 인터페이스 기술이 개발되고 있다. 또한 파킨슨 병 등 뇌질환 치료를 위한 뇌심부 자극기 등 다양한 인체 삽입형 의료기기들이 의료 현장에서 활용되고 있다. 하지만, 인체에 삽입되는 기기는 주위 생체조직에 면역반응을 유도하고, 이로 인한 기기의 성능 저하로 장기간 사용이 어렵다. 뇌심부 자극기나 브레인칩 역시 뇌에 삽입되면 미세아교세포 등 뇌면역세포의 작용으로 안정적인 동작이 저해되고, 기기 수명이 단축되어 교체를 위한 추가적인 수술이 필요하다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 빛으로 뇌 신경세포를 치료하는 장치를 개발했다. 이 장치는 무선으로 충전하고 제어가 가능해 머리속에 이식한 뒤 추가적인 수술없이도 장기간 사용이 가능하다. 연구진은 이번 개발 기술이 장기간에 걸친 동물 실험이 필요한 뇌 기능 연구에 도움이 될 것이라고 설명했다. 뿐만 아니라 향후 인체에 적용돼 중독과 같은 정신질환 및 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 정재웅 교수팀이 연세대 의대 김정훈 교수팀과 공동 연구를 통해 뇌 완전 이식형 무선 광유전학 기기를 개발했다고 26일 밝혔다. 광유전학은 빛을 이용해 목표로 하는 특정 신경세포만을 선택적으로 정교하게 제어할 수 있다는 점에서, 뇌 기능을 밝히고 각종 뇌 질환을 치료할 해결책으로 뇌과학 및 신경과학 분야에서 주목받고 있다. 연구진은 배터리의 무선 충전과 디바이스의 무선 제어를 가능하게 만드는 무선 회로를 개발해 마이크로 LED 기반의 탐침과 결합했다. 연구진은 이 기기를 실험쥐 뇌에 삽입, 두피 안으로 완전히 이식했다. 이후 쥐가 자유롭게 움직이는 상태에서 배터리가 자동으로 무선 충전되는 것을 확인했다. 또한 중독성 약물인 코카인에 반복적으로 노출된 실험쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달했다. 실험쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달해 코카인에 의한 중독 행동을 제어했다. 이 기기는 동물이 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리의 무선 충전이 가능하다. 또한 스마트폰 앱을 통해 광자극을 무선으로 제어할 수 있는 무게 1.4g의 뇌 완전이식형 장치를 만들었다. 뿐만아니라 이 장치가 생체 이식 후 주변 조직 손상을 방지하기위해 부드러운 생체적합성 소재로 감싸 생체조직과 같이 부드러운 형태가 되도록 개발했다. 정재웅 교수는 "이 기술은 뇌 이식용 기기뿐 아니라 인공 심박동기, 위 자극기 등 다양한 생체 이식용 기기에 범용적으로 적용될 수 있다"고 말했다. 이번 연구 결과는 KAIST 전기및전자공학부 김충연 박사과정, 연세대 의대 구민정 박사과정 연구원이 공동 제1 저자로 참여해 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 22일자에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 정재웅 교수와 미국 워싱턴대(University of Washington) 마이클 브루카스(Michael Bruchas) 교수 공동 연구팀이 스마트폰 앱 조작을 통해 약물과 빛을 뇌 특정 부위에 전달함으로써 신경회로를 정교하게 조절할 수 있는 뇌 이식용 무선기기를 개발했다. 이번 기술개발을 통해 장기간의 동물 실험이 필요한 신약 개발뿐 아니라 치매, 파킨슨병 등 뇌 질환 치료에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 라자 콰지(Raza Qazi, 1저자), 김충연, 변상혁 연구원이 개발하고 워싱턴대 신경과학 연구원들이 공동으로 참여한 이번 연구는 의공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’ 8월 6일 자에 게재됐다. 광유전학과 신경약물학은 주변 신경회로에 영향을 주지 않고 목표로 하는 뉴런이나 신경회로만을 빛 또는 약물, 혹은 그 둘의 조합을 이용해 정교하게 제어할 수 있다. 기존의 전기자극을 활용한 방법에 비해 훨씬 더 높은 시공간적 해상도를 가져 최근 뇌 연구 및 뇌 질병 치료 목적으로 주목받고 있다. 하지만 현재 뇌 연구에 일반적으로 쓰는 기기는 상대적으로 크기가 커 뇌 조직 손상, 정교한 선택적 신경회로 제어 불가, 하나의 다기능성 프로브(probe) 형태로 구현이 어렵다. 또 기존 기기는 실리카(silica)와 금속 등 고강성 재료로 제작돼 부드러운 뇌 조직과의 기계 특성적 간극이 있다. 이러한 특성으로 인해 염증반응을 악화시켜 장기간 이식용으로 적합하지 않다. 무엇보다 일반적으로 연구실에서 쓰이고 있는 광섬유, 약물주입관 등은 뇌 이식 후 외부기기에 선이 연결된 형태로 사용해야 해 자유로운 행동을 크게 제약하게 된다. 연구팀은 중합체(polymer) 미세유체관과 마이크로 LED를 결합해 머리카락 두께의 유연한 탐침을 만들고, 이를 소형 블루투스 기반 제어회로와 교체 가능한 약물 카트리지와 결합했다. 이를 통해 스마트폰 앱을 통해 무선으로 마이크로 LED와 약물 전달을 제어할 수 있는 무게 2g의 뇌 이식용 기기를 구현했다. 특히 약물 카트리지는 레고의 원리를 모사해 탐침부분과 쉽게 조립 및 분리할 수 있도록 제작해, 필요할 때마다 새로운 약물 카트리지를 결합함으로써 원하는 약물을 장기간에 걸쳐 뇌의 특정 부위에 반복 전달할 수 있도록 만들었다. 연구팀은 이 기기를 쥐의 뇌 보상회로에 이식한 후 도파민 활성 약물과 억제 약물이 든 카트리지를 기기와 결합했다. 그 후 간단한 스마트폰 앱 제어와 도파민 활성 약물을 이용해 원하는 타이밍에 자유롭게 움직이는 쥐의 행동을 증가, 억제하는 데 성공했다. 또 연구팀은 쥐의 뇌에서 장소 선호도를 유도할 수 있는 부위에 빛에 반응하는 단백질을 주입해 신경세포가 빛에 반응하도록 처리했다. 그후 쥐가 특정장소로 이동했을 때 마이크로 LED를 켜 빛 자극을 통해 쥐가 그 장소에 계속 머물고 싶게 만들었다. 반대로 약물 전달을 통해 뇌 신경회로를 제어함으로써 쥐의 특정 장소 선호도를 없애는 데도 성공했다. 정 교수는 “빛과 약물을 이용한 신경회로 제어는 기존의 전기자극 방법보다 훨씬 더 정교해 부작용 없는 뇌 제어가 가능하다”면서 “개발된 기기는 간단한 스마트폰 조작으로 뇌의 특정 회로를 빛과 약물을 이용해 반복적, 장기적으로 무선 제어가 가능해 뇌 기능을 밝혀내기 위한 연구나 향후 뇌 질환의 치료에도 유용하게 적용할 수 있을 것”이라고 말했다. 연구팀은 이 기술을 인체에 적용하기 위해 두개골 내에 완전히 이식할 수 있고 반영구적 사용이 가능한 형태로 디자인을 발전시키는 확장 연구를 계획하고 있다. 이번 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업(완전 이식 가능한 무선 유연성 광유체 뉴럴 임플랜트 개발 및 뇌 연구를 위한 광유전학/광약물학에의 적용) 및 기초연구실 지원사업(유전자 및 신경회로 조절 기반 중독 행동 제어 기초연구실)의 지원을 받아 수행됐다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

파킨슨병이나 조현병 환자의 도파민 농도를 실시간 측정할 수 있는 기술이 개발됏다. 한양대학교 장동표 교수 연구팀이 전기화학기법을 이용해 실시간 뇌 신경전달물질 농도 측정 기술을 개발했다고 한국연구재단이 13일 밝혔다. 도파민은 뇌신경 세포의 흥분을 전달하는 역할을 한다. 뇌 질환의 근본 원인을 규명하고 이해하는 데 있어 도파민은 중요한 지표이다. 파킨슨병 환자의 뇌 속 도파민 양은 감소되어 있고, 정신분열증으로 알려진 조현병 환자는 도파민이 과다하다고 알려져 있다. 과거에는 미세투석법*, 전류법, 고속스캔순환전압전류법* 등을 이용해 뇌 신경전달물질을 측정해왔다. 그러나 이 방법은 시시각각 변하는 도파민의 농도를 실시간 측정하는 데 한계가 있었다. 도파민 농도의 실시간 측정을 위해 다중사각전압 형태의 새로운 전기화학법을 개발하고, 신경전달물질의 전기화학적 특성을 실시간 영상으로 구현될 수 있게 제작했다. 특정한 파형을 갖는 전압을 가해주면 물질이 산화환원반응을 일으켜 전류가 발생하는데, 이를 측정하고 분석하는 원리이다. 도파민의 반응 특성을 이차원 영상으로 구현함으로써, 도파민과 화학 구조가 비슷한 다른 신경전달물질과의 구분을 명확하게 할 수 있다. 특히 산화환원반응을 극대화해 생체 뇌에서 농도 0.17nM(나노몰)의 미소량의 도파민을 10초 간격으로 측정할 수 있게 되었다. 장동표 교수는 “이 연구는 뇌의 신경전달물질 기저농도의 실시간 측정을 위해 개발한 것이다”라며, ”뇌과학 연구 뿐만 아니라 뇌질환 환자의 치료 시스템에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다“라고 연구의 의의를 설명했다. 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었다. 전기화학 분야 저명한 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics) 8월 20일자 논문으로 게재되었다. ◆용어설명 *미세투석 : 미세 탐침을 머리에 삽입해 뇌 속 체액의 화학물질을 채취하여 물질의 농도를 측정함. 최소 10분 이상 소요됨. *속스캔순환전압전류법 : 삼각형 전압 파형을 이용해 물질의 산화환원 전류를 획득하는 기법. 그러나 도파민의 농도 변화량을 측정할 수 있고, 농도 직접 측정이 어려움. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

국내 연구진이 내시경초음파로 췌장 종양을 제거하는 고주파 치료법을 개발해 수술 없는 종양치료의 가능성을 제시했다.서울아산병원 서동완 교수(사진)팀은 고주파 탐침을 이용한 췌장 종양 제거를 국내 처음으로 시도했으며 암 초기단계 종양을 수술 절제만으로 치료하던 기존 방법을 대체할 수 있는 근거를 제시했다고 7일 밝혔다.췌장에 생기는 종양인 신경내분비, 가성유두상 종양은 췌장암처럼 악성도가 높지는 않지만 서서히 진행해 결국 악성화 되고 전이된다. 따라서 수술 절제로 치료를 시행했다. 신경내분비 종양은 전신에 분포돼 있는 신경내분비세포에서 발생한 종양이며 가성유두상 종양은 저등급 악성종양으로 수술하면 대부분 완치가 가능하다. 이들 종양을 기존 외과절제술로 제거할 경우 수술 후 췌장이 신체 내에서 제역할을 하지 못해 혈당조절기능 감소 또는 소화불량 등이 발생한다. 이로 인해 당뇨병 등의 합병증 발생률이 약 30%에 달했다.하지만 내시경초음파로 시술하면 췌장을 잘라내지 않기 때문에 췌장 기능이 유지되고 흉터가 없으며 합병증도 적고 회복기간도 빨라 시술 후 환자의 삶의 질이 유지된다. 서 교수팀은 약 8년간의 선행연구 및 추적연구를 수행해 내시경초음파에 삽입가능한 침형 고주파 탐침을 개발했다. 이를 이용해 췌장 종양 제거 치료법을 시행했다. 약 13개월간 암 발전 가능성이 높은 신경내분비 종양 환자 8명과 가성유두상 종양 환자 2명을 대상으로 내시경초음파 치료 및 추적관찰을 수행했다. 그 결과 70% 환자의 종양이 없어졌고 30% 환자의 종양크기가 현저히 감소했음을 확인했다. pompom@fnnews.com 정명진 기자

국내 연구진이 내시경초음파로 췌장 종양을 제거하는 고주파 치료법을 개발해 수술 없는 종양치료의 가능성을 제시했다.  서울아산병원 서동완 교수( 사진)팀은 고주파 탐침을 이용한 췌장 종양 제거를 국내 처음으로 시도했으며 암 초기단계 종양을 수술 절제만으로 치료하던 기존 방법을 대체할 수 있는 근거를 제시했다고 7일 밝혔다.  췌장에 생기는 종양인 신경내분비, 가성유두상 종양은 췌장암처럼 악성도가 높지는 않지만 서서히 진행해 결국 악성화 되고 전이된다. 따라서 수술 절제로 치료를 시행했다.   신경내분비 종양은 전신에 분포돼 있는 신경내분비세포에서 발생한 종양이며 가성유두상 종양은 저등급 악성종양으로 수술하면 대부분 완치가 가능하다.  이들 종양을 기존 외과절제술로 제거할 경우 수술 후 췌장이 신체 내에서 제역할을 하지 못해 혈당조절기능 감소 또는 소화불량 등이 발생한다. 이로 인해 당뇨병 등의 합병증 발생률이 약 30%에 달했다.  하지만 내시경초음파로 시술하면 췌장을 잘라내지 않기 때문에 췌장 기능이 유지되고 흉터가 없으며 합병증도 적고 회복기간도 빨라 시술 후 환자의 삶의 질이 유지된다.  서 교수팀은 약 8년간의 선행연구 및 추적연구를 수행해 내시경초음파에 삽입가능한 침형 고주파 탐침을 개발했다. 이를 이용해 췌장 종양 제거 치료법을 시행했다. 연구팀은 지난 2010년 스타메드와 내시경초음파 고주파 시술을 시행할 수 있는 탐침(probe)을 공동연구 개발 및 의료기기 허가를 받았다.  또 약 13개월간 암 발전 가능성이 높은 신경내분비 종양 환자 8명과 가성유두상 종양 환자 2명을 대상으로 내시경초음파 치료 및 추적관찰을 수행했다. 그 결과 70% 환자의 종양이 없어졌고 30% 환자의 종양크기가 현저히 감소했음을 확인했다.  서 교수는 "내시경 초음파 치료법은 치료 후에도 췌장이 정상적으로 기능해 기존의 수술대비 합병증 감소와 안전성을 향상시킨다"며 "향후 지속적 연구를 통해 췌장 내시경초음파 치료법의 적용 범위를 넓혀 많은 췌장 종양 환자들의 삶의 질을 높이도록 노력할 것"이라고 밝혔다.  이번 연구는 보건복지부 보건의료연구개발사업(의료기기기술개발)의 지원(HI16C1163)으로 수행됐으며 해당분야 권위지인 '유럽소화기내과학회지(endoscopy, IF=6.629)'에 최근 게재됐다. pompom@fnnews.com 정명진 기자