빛을 통해 신경조직을 안전하고 세밀하게 자극할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
이는 기존 전기적 방식과 달리 전극이나 시스템을 이식할 필요없이 외부에서 조사(照射)된 빛으로 국소 부위 신경자극이 가능하다. 향후 파킨슨병이나 간질과 같은 난치성 신경질환을 치료하기 위한 신경 보철장치에 활용될 것으로 전망된다.
미래창조과학부는 김성준(서울대)·변경민(경희대)·전상범(이화여대) 교수팀이 공동으로 이 같은 연구 성과를 냈다고 12일 밝혔다.
손상된 감각이나 운동신경을 치료하거나 그 기능을 대체하기 위한 방법 중 전기 자극법은 직접 전극이나 시스템을 환자에게 수술로 이식해야 하기 때문에 감염 등의 문제가 있다.
또 외부에서 초음파나 자기장을 발생해 신경을 자극하는 것은 인체에 무해하지만 시스템이 복잡하고 국소적인 자극이 어려운 문제가 있다.
그간 의생명과학계는 손상된 감각이나 운동신경을 치료하거나 그 기능을 대체하기 위한 신경자극에 대한 연구를 활발히 수행해 왔다.
하지만 그간 연구된 전기를 이용한 신경 자극법이나 초음파·자기장을 통한 신경 자극법은 실제 적용에 한계가 따랐다.
전기자극법은 직접 전극이나 시스템을 환자에게 수술해 이식해야 하므로 감염 등의 문제가 발생할 수 있다. 또 외부에서 초음파나 자기장을 발생해 신경을 자극하는 것은 인체에 무해하나 시스템이 복잡하고 국소적인 자극이 어렵다.
이에 연구팀은 열을 통한 신경조직 자극법이 해결의 단서가 될 것으로 보고, 연구를 진행해 왔다.
연구진은 적외선을 흡수해 열을 발생시키는 금 나노막대 기반의 ‘나노히터’를 개발하고 이를 실험동물의 국소 신경조직에 주입했다. 그런 후 실험동물에게 적외선을 비췄다. 적외선은 신경세포 근처에 있는 금 나노막대에서 열을 발생시켰고, 발생된 열은 안전하고 효과적으로 목표로 했던 신경을 자극했다.
연구팀은 980나노미터(nm)의 파장을 갖는 적외선 펄스를 사용했으며, 나노히터를 이용해 신경자극의 효과가 5배 이상 향상됨을 확인했다고 설명했다.
또 자극 역치(생명체가 자극에 대해 반응을 일으키는데 필요한 최소한도의 자극세기)에 대한 적외선 에너지도 3분의 1 수준으로 낮아지는 것도 확인했다. 신경조직의 손상이 없는 안전한 빛 자극이 가능함을 보여준 것이다.
연구팀은 "이번 연구는 나노히터 기반의 무전극 신경자극 기술을 기반으로 기존 전기 자극법과 차별화되는 새로운 신경보철 시스템 관련 원천기술을 확보한 것"이라며 "빛을 이용한 신경자극 연구와 신경치료기법의 새로운 가능성을 개척했다"고 말했다.
한편 이 같은 내용의 연구 결과는 세계적 학술지인 'Small' 10월 15일자 표지논문으로 실렸다.
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