'살아있는 뇌를 직접 관찰한다'…초소형 분자 손전등 개발, 뇌 연구의 혁명

'살아있는 뇌를 직접 관찰한다'…초소형 분자 손전등 개발, 뇌 연구의 혁명

연구팀이 개발한 분자 손전등. [스페인 국립암연구센터]

유럽 연구진이 두께 1㎜ 미만의 '분자 손전등'을 개발해 살아있는 뇌 속 생체분자의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있게 됐다. 이 기술은 암 연구와 신경 질환 치료에 새로운 혁신을 가져올 것으로 기대된다.

 

 

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뇌 연구의 새 시대를 여는 초소형 '분자 손전등' 개발

유럽의 과학자들이 살아있는 뇌 속 '생체분자의 움직임을 실시간으로 모니터링할 수 있는 초소형 '분자 손전등'을 개발했다. 두께가 1㎜도 되지 않는 이 기기는 동물의 뇌에 삽입해도 손상을 주지 않아, 뇌종양 연구는 물론 신경 질환 치료에도 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다.

 

이번 연구는 이탈리아기술원 생물분자 나노기술센터의 '페루초 피사넬로 연구원'과 스페인 국립암연구센터의 '마누엘 발리엔테 연구원'이 공동으로 수행했으며, 지난달 31일(현지 시간) 국제 학술지 '네이처 메소드(Nature Methods)'에 발표되었다.

 

'생체분자'는 단백질, 핵산 등 생명 활동에 필수적인 물질이며, 암이나 신경 질환과 관련된 '뇌의 생체분자 변화를 모니터링하는 것이 생물의학 연구의 핵심 과제'로 여겨져 왔다. 특히, '뇌를 손상시키지 않는 비침습적 방법'으로 이를 실현하는 것이 큰 도전 과제였다.

 

광유전학 기술을 이용한 혁신적 접근

 

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '광유전학(optogenetics)' 기술을 적용했다. 광유전학은 빛을 이용해 신체 내 특정 세포나 유전자를 조작할 수 있는 기술로, '개별 신경세포 단위까지 영향을 미칠 수 있는 획기적인 접근법'이다.

 

개발된 '분자 손전등'은 '매우 얇은 바늘 형태'로, 두께는 1㎜, 빛을 내는 끝단의 폭은 1마이크론(1000분의 1㎜)에 불과하다. 이는 '사람의 머리카락(30~50마이크론)보다도 훨씬 얇아', 뇌 깊숙이 삽입해도 '손상 없이 정확한 관찰이 가능'하다.

 

연구팀은 “이 기술을 통해 살아 있는 뇌의 생체분자 변화와 구조 분석이 가능하며, 특히 '뇌종양 환자의 수술 후 잔존 종양 여부 평가'에도 사용할 수 있다”고 밝혔다. 연구팀은 쥐를 대상으로 한 실험에서 분자 손전등을 활용해 뇌 내 종양의 잔존 여부를 성공적으로 파악했다.

 

 

뇌 연구 및 신경 질환 치료의 새로운 가능성

푸른 빛을 쬔 부분의 채널로돕신만 이온의 입출입이 이루어지는 모습이다.

 

'광유전학 기술'은 현재 우울증, 알츠하이머병, 파킨슨병 등 다양한 '신경정신 질환의 치료법 개발'에도 핵심적인 역할을 하고 있다. 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구진도 지난해 빛을 이용해 '근육을 피로감 없이 자연스럽게 제어'하는 기술을 개발했다고 보고한 바 있다. 이는 뇌졸중이나 척수 손상 환자의 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

이번 연구 성과는 뇌과학 및 생명과학 분야에 있어 '새로운 패러다임을 제시'하고 있으며, 향후 더 많은 임상 연구와 함께 '뇌 질환의 조기 진단 및 맞춤형 치료 기술'로 발전할 가능성이 높다.

 

연구진은 앞으로 이 기술을 인간의 뇌에도 적용할 수 있도록 연구를 지속할 계획이며, '미래에는 더욱 정밀한 뇌 질환 치료 및 뇌 연구가 가능해질 것'으로 전망하고 있다.

 

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초소형 분자 손전등 기술의 핵심 특징 요약:

• 두께 1㎜ 미만, 끝단 폭 1마이크론의 초소형 크기
• 뇌에 삽입 시 손상 없이 생체분자 실시간 관찰 가능
• 뇌종양 진단 및 수술 후 종양 잔여 여부 평가 가능
• 우울증, 알츠하이머, 파킨슨병 등 신경 질환 치료 기대

이번 기술 개발은 기존의 뇌 연구 방식에 획기적인 전환점을 제공하며, 앞으로의 발전이 더욱 기대된다.