뇌전증 발작 실시간 감지 `나노센서`

현택환 나노입자연구단장 연구팀
뇌 질환 치료제 개발 기여 기대

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뇌전증 발작 실시간 감지 `나노센서`

국내 연구진이 3대 뇌 질환 중 하나인 '뇌전증(간질)'의 발작과 경련 등을 실시간 감지할 수 있는 기술을 개발했다. 향후 뇌전증과 알츠하이머병 등 뇌 질환 치료제 개발에 기여할 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 나노입자연구단 현택환(사진) 단장 연구팀이 뇌전증에 관여하는 신경전달물질인 '포타슘(칼륨)' 이온 농도 변화를 실시간 측정할 수 있는 '고감도 나노센서'를 개발했다고 10일 밝혔다.

뇌졸중, 치매 등과 함께 3대 뇌 질환으로 꼽히는 뇌전증은 뇌 신경세포의 불규칙한 흥분으로 인해 생기는 질병이다. 뇌 신경세포가 흥분하면 포타슘 이온을 바깥으로 내보내 이완해야 하지만, 포타슘이 빠져 나오지 못하고 흥분 상태를 유지하면 뇌전증의 증상인 발작과 경련이 일어난다.

뇌전증 등 뇌질환의 정확한 진단을 위해선 다양한 뇌 부위에서 포타슘 이온 농도 변화를 추적·관찰해야 하지만, 신경세포가 흥분할 때 이동하는 여러 이온 중 포타슘의 농도 변화를 선택적으로 측정하기 어렵다. 또한 포타슘 이온 농도 변화는 다른 이온에 비해 상대적으로 작아 측정에 어려움이 있다.

연구팀은 포타슘 이온과 결합하면 녹색 형광을 내는 염료를 수 나노미터 크기의 구멍을 가진 실리카 나노입자에 넣어 포타슘만 선택적으로 통과시키는 얇은 막으로 나노입자 표면을 코팅한 후, 이 막을 통과한 포타슘의 형광 세기로 농도를 측정하는 나노센서를 제작했다. 연구팀은 나노센서를 생쥐의 뇌, 해마, 편도체, 대뇌피질 등에 주입한 후 전기 자극을 가해 발작을 일으켜 포타슘 이온 농도 변화를 측정했다. 그 결과, 부분발작이 일어나는 경우 자극이 시작된 뇌 해마에서 편도체, 대뇌피질 등의 순으로 농도가 증가한 반면, 전신 발작 때는 3개 부위에서 농도가 동시에 증가하고 지속시간도 길어진다는 사실을 확인했다.

현택환 IBS 단장은 "자유롭게 움직이는 상태에서 실시간 뇌 신경세포 활성을 측정할 수 있고, 뇌의 여러 영역에서 동시에 농도 변화를 감시할 수 있어 발작의 정확한 발병기전을 이해하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 나노 분야 세계적 학술지 '네이처 나노테크놀로지(11일자)'에 실렸다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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