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| 머리에 빛을 비춰 뇌신경세포 내 칼슘 농도를 조절함으로써 공간 기억 능력을 향상시키는 비침습적인 기술을 개발한 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 사회성 뇌과학 그룹팀 연구결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.88)에 1월 10일 게재됐다.(자료출처=네이처 커뮤니케이션즈/제공=카이스트 허원도 교수팀) |
[아시아뉴스통신=이기종 기자] 기초과학연구원(IBS)은 인지 및 사회성 연구단 사회성 뇌과학 그룹 허원도 교수(KAIST 생명과학과) 연구팀이 머리에 빛을 비춰 뇌신경세포 내 칼슘 농도를 조절함으로써 공간 기억 능력을 향상시키는 비침습적인 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.
칼슘은 세포 기능에 중요한 물질로 세포 이동, 분열, 유전자 발현, 신경 전달 물질 분비, 항상성 유지 등에 폭넓게 관여한다.
또 세포가 제 기능을 잘 수행하기 위해서는 세포 내 칼슘 농도가 적절하게 조절되어야 한다.
만약 세포 내 칼슘 양이 부족해지면 인지장애, 심장부정맥 등 다양한 질환으로 이어질 수 있다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 옵토스팀원 기술을 발전시켜 빛에 대한 민감도를 55배 증가시킨 몬스팀원(monster OptoSTIM1, monSTIM1) 기술을 개발했다.
연구과정을 보면 연구팀은 옵토스팀원(OptoSTIM1) 기술에 대한 개선점을 주목했다.
옵토스팀원(OptoSTIM1) 기술은 빛을 이용해 비침습적으로 세포의 기능을 조절하는 광유전학(Optogenetics) 기술이다.
이 옵토스팀원 기술은 외과적 시술에 비해 비침습적이긴 하나 이 기술을 이용하려면 생체 내에 광섬유를 삽입하여 빛을 뇌 조직 내로 전달하는 과정이 필요하다.
또 광섬유 삽입은 털, 피부, 머리뼈, 생체 조직 손상 및 면역력 약화 등 부작용을 유발한다는 문제점이 있다.
이후 연구팀은 머리뼈 근처 뇌 피질뿐만 아니라 뇌 깊숙하게 위치한 해마와 시상에 위치한 뇌신경세포 내 칼슘 농도 증가를 관찰했다.
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| 머리에 빛을 비춰 뇌신경세포 내 칼슘 농도를 조절함으로써 공간 기억 능력을 향상시키는 비침습적인 기술을 개발한 기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 사회성 뇌과학 그룹팀 연구결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.88)에 1월 10일 게재됐다.(자료출처=네이처 커뮤니케이션즈/제공=카이스트 허원도 교수팀) |
이어 몬스팀원(monSTIM1) 기술을 이용하여 살아있는 쥐의 전대상 피질의 흥분성 신경 세포의 칼슘 농도를 조절하고, 공간 공포 행동 실험을 진행했다.
이 과정에서 대조군과 실험군 쥐를 각각 준비한 뒤 실험군 쥐에 몬스팀원(monSTIM1) 기술을 적용했고 공포감이 느껴지는 공간에 쥐를 놓았더니 실험군 쥐가 대조군 쥐에 비해 공포감을 더 많이 느끼는 것을 관찰했다.
이 연구결과에 의하면 수술 없이 살아있는 쥐 머리에 손전등 강도(1mW/mm
)의 빛을 비추는 것만으로도 뇌신경세포 내 칼슘 농도가 증가하고 공간 기억 능력이 향상됐다.특히 몬스팀원 기술을 이용하면 빛 자극으로 쥐의 생리현상에 지장을 주지 않으면서 뇌신경세포의 칼슘 농도를 실시간으로 조절할 수 있다.
허원도 교수는 “몬스팀원(monSTIM1) 기술을 이용하면 빛만으로 뇌를 손상시키지 않고 비침습적으로 세포 내 칼슘 신호를 쉽게 조절할 수 있다”며 “이 기술이 뇌세포 칼슘 연구, 뇌인지 과학 연구 등에 다양하게 적용되길 바란다”고 말했다.
이 연구는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 11.88)에 1월 10일 게재됐다.
