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뇌 기능·행동이나 감정 빛으로 조절한다

IBS 인지·사회성 연구단, 광유전학 기술 개발
  • 등록 2021-12-01 오전 1:00:00

    수정 2021-12-01 오전 1:00:00

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 빛으로 뇌 기능과 행동을 자유롭게 조절하는 광유전학 기술을 선보였다.

기초과학연구원(IBS)은 이창준 인지·사회성 연구단장 연구팀과 허원도 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구팀이 ‘Opto-vTrap(옵토브이트랩)’을 개발했다고 30일 밝혔다.

이창준 기초과학연구원 인지·사회성 연구단 연구단장(왼쪽)과 허원도 한국과학기술원 교수(오른쪽).(사진=기초과학연구원)
뇌 활성은 신경세포와 신경교세포와 같은 뇌세포들이 서로 신호를 주고 받으며 조절된다. 뇌 세포 내 작은 자루모양의 구조물인 ‘소낭’ 안에 담긴 신경전달물질을 분비해 이뤄지며, 소낭이 뇌 활성을 조절하는 역할을 한다.

뇌 연구에서 뇌 활성을 조절하는 게 중요하다. 뇌의 특정 부위나 세포의 활성을 촉진하거나 억제하면 특정 뇌 부위가 담당하는 기능, 여러 뇌 부위 간 상호작용, 특정 상황에서 뇌세포의 기능 등을 알아낼 수 있기 때문이다.

하지만 뇌 활성을 원하는 시점에 특정 뇌세포의 활성을 자유롭게 다루기 어려웠다. 그동안 세포 전위차 조절 방식을 썼는데 주변 환경의 산성도를 변화시키거나 원하지 않는 다른 자극을 유발했다. 또 전위차에 반응하지 않는 세포에는 사용하지 못했다.

연구팀은 신경전달물질 분비를 직접 조절하기 위해 세포에 빛을 쪼이면 순간적으로 내부에 올가미처럼 올가미를 만드는 기술을 개발하고, 이를 소낭에 적용했다.

옵토브이트랩을 발현하는 세포나 조직에 빛을 가하면 소낭 내 광수용체 단백질들이 붙으며 소낭이 덫 안에 포획되고 신경전달물질 분비가 억제된다. 세포와 조직실험에도 뇌세포 신호를 전달하고, 기억·감정·행동도 조절도 가능한 것으로 나타났다.

앞으로 뇌의 여러 부위간 복합적 상호작용 원리를 알아내고, 뇌세포 형태별 뇌 기능에 미치는 영향을 연구하는 데 유용하게 쓸 수 있다.

이창준 연구단장은 “Opto-vTrap은 뇌세포 뿐 아니라 다양한 세포에 이용할 수 있다”며 “앞으로 뇌 기능 회로 지도를 완성하거나 뇌전증 치료 등 신경과학분야를 비롯해 근육 경련·피부 근육 팽창 기술에도 기여할 것”이라고 말했다.

연구 결과는 뇌 과학 분야 국제 학술지인 ‘뉴런(Neuron)’에 12월 1일자로 게재됐다.

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