IBS, 광유전학 기술로 별세포 칼슘신호 조절
생쥐 대상 운동기능 향상 확인..새 치료법 기여
생쥐 대상 운동기능 향상 확인..새 치료법 기여
기초과학연구원(IBS)은 이창준 인지 및 사회성연구단장 연구팀팀은 김형일 광주과학기술원(GIST) 교수팀, 허원도 kAIST 교수팀과 공동으로 광유전학 기술을 활용해 별세포의 칼슘 신호를 조절, 만성 뇌졸중으로 저하된 운동 기능을 회복시킨 것을 확인했다고 12일 밝혔다.
뇌졸중은 뇌혈관이 막히거나 터져 뇌세포 손상으로 발생하는 질환이다. 뇌로 가는 혈류가 차단되거나 감소하는 허혈성 뇌졸중이 대부분을 차지하며 운동, 언어, 의식 장애 등 다양한 후유증을 가져온다. 기존 뇌졸중의 신경재활 치료는 강한 자기장을 이용하거나 전극을 부착해 전류를 신경세포에 흘려보내 자극하는 방식으로 이뤄져 왔다. 하지만 이 방법은 자극 부위의 모든 세포에 비선택적으로 영향을 미치고, 치료 결과 예측이 어려울 뿐더러 치료 효과도 개인에 따라 다르다.
연구팀은 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별 모양의 비신경세포인 '별세포'에 주목했다. 별세포는 단순히 신경세포를 보조하는 역할을 넘어 신경세포의 활성과 시냅스 가소성 증진에도 중요한 영향을 미친다.
연구팀은 별세포의 칼슘 신호를 조절해 신경회로를 재구성하고 뇌 기능 회복을 유도하기 위해 지난 2015년 IBS-KAIST가 공동 개발한 광유전학 도구인 '옵토스팀원'을 사용했다. 옵토스팀원은 특정 파장의 빛을 이용해 세포막의 채널을 통해 칼슘 이온만을 선택적으로 유입시켜 안정적인 칼슘 신호 조절을 돕는다.
연구팀은 만성 피질하 뇌졸중을 유발해 운동 기능이 떨어진 생쥐의 감각-두정피질 영역 별세포에 옵토스팀원을 발현시키고, 머리에 삽입된 광섬유를 통해 빛을 쏴 칼슘 신호를 활성화했다. 그 결과, 옵토스팀원으로 치료한 생쥐 그룹은 앞발을 사용하는 정교한 운동 기능이 향상된 것을 확인했다.
특히 한쪽 앞발을 사용해 투명 장치 너머 먹이를 잡아내는 실험에서 뇌졸중 생쥐 대비 약 1.5배 이상의 성공률을 보였고, 개방 공간에서 이동성, 이동거리, 이동속도 등이 모두 증가해 운동 능력의 전반적인 향상이 관찰됐다. 이는 하루 1시간씩 2주 간의 저강도 빛 자극만으로 운동 능력이 회복된 것으로, 별세포의 칼슘 신호 조절이 뇌졸중 후 운동기능 회복에 효과적인 치료법이 될 수 있음을 보여준 결과라고 연구팀은 설명했다.
이창준 IBS 단장은 "별세포를 표적해 보다 정밀하고 안전한 뇌졸중 치료 전략을 제시한 연구로, 향후 별세포의 칼슘 신호를 조절하는 약물 개발로 이저져 뇌졸중과 알츠하이머 등 다양한 신경계 질환 치료에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(지난달 31일자)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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