연구성과
제정호 교수팀, 기억과 신경질환 관련된 구리이온 정량 분석 성공
살아있는 뉴런과 빛으로 ‘교감’하는 세포내시경 개발
구리는 뇌신경이나 간, 생식기에 필요한, 우리 몸에 필수적인 물질이기도 하지만, 반대로 이 구리의 양이 변하면 치매로 불리는 알츠하이머나 난치병인 파킨슨, 혹은 루게릭병과 같이 심각한 퇴행성 신경질환을 일으키는 ‘두 얼굴’을 가진 물질이다. 그러나 세포 속에서 유지되어야 하는 구리의 양에 대해서는 아직까지 정확하게 알려지지 않았다.
신소재공학과 제정호 교수 ‧ 통합과정 이준호씨, 융합생명공학부 김경태 교수 팀이 살아있는 뉴런세포와 빛으로 교감하며 구리이온의 정확한 양을 측정하는 ‘세포내시경’ 기술을 최초로 개발, 재료분야 권위지인 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)지를 통해 발표했다.
연구팀은 지금까지 정량적인 분석이 어려웠던 광학기술의 한계를 뛰어넘는 대뇌피질과 해마 뉴런에 들어 있는 구리이온을 정량적으로 측정하는데 성공했다. 특히 이 기술은 알츠하이머와 같은 퇴행성 신경질환의 조기진단은 물론 지금까지 뇌에서 우리의 기억이 만들어지는 미스터리를 풀어낼 것으로 학계의 기대를 모으고 있다.
구리이온은 신경계를 조절하는 물질로서, 알츠하이머와 같은 퇴행성 신경질환을 조기에 진단할 수 있으려면 우리 신경세포(뉴런) 속에 얼마나 분포되어 있으며 어느 수준이 적정한지를 파악할 수 있어야 한다. 그러나 기존 측정방식은 구리 이온을 별도로 측정하지 못하거나, 그 분석내용이 부정확하게 나오는 등 세포 속의 금속이온을 정량분석하기 어렵고, 방법에 따라 냉각된 세포에만 사용할 수 있거나, 독성이 세포에 들어갈 수 있다는 단점을 가지고 있었다.
연구팀은 구리이온과 반응하여 빛의 형광을 변화시키는 나노선 탐침을 개발, 빛으로 세포와 미세한 광학신호를 직접 주고받도록 해 세포에 형광인자를 주입할 필요가 없고, 빛이 산란되거나 흡수되는 현상을 최소화해 뉴런 세포 속 구리이온의 정량분석을 하는데 성공했다. 이처럼 살아있는 세포 속에서 구리 2가 이온만을 정량적으로 측정해낸 것은 제 교수팀이 최초다.
이 연구는 퇴행성 신경질환의 조기진단이나 치료에 응용될 수 있음은 물론, 생체정보의 모니터링이나 나노크기의 바이오센서로 적용할 수 있을 것으로 전망된다. 특히 구리이온은 뇌에서의 기억형성에도 관여하는 것으로 알려진 만큼 정확하게 어떠한 역할을 하는지에 대한 궁금증도 풀릴 것으로 기대된다.
한편, 이번 연구성과는 한국산업기술진흥원의 KIAT 사업과 교육부와 한국연구재단의 BK21 플러스 사업의 지원을 받아 수행됐다.
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