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IBS "뇌경색 뇌손상 원천 차단 성공…운동기능 회복도"

국내 연구진이 뇌졸중이 일어나는 근본 원인을 규명하고, 치료법을 제시했다. 뇌경색 등 치료에 혁신적인 돌파구가 마련될 것으로 기대를 모은다. 연구는 기초과학연구원(IBS) 기억 및 교세포 연구단(단장 이창준)과 을지대학교가 공동으로 진행했다. 연구팀은 뇌졸중에 의한 뇌세포 손상은 뇌혈관이 막혀 과산화수소가 과도하게 생성되는 과정에서 별세포가 콜라겐을 생성해 신경세포를 사멸시킨다고 설명했다. 별세포는 뇌에서 가장 큰 비중을 차지하는 별모양 신경세포다. 뇌를 안정적으로 유지하거나 보호하는 역할을 한다. 특히, 뇌졸중이 발생하면 손상 부위 주변에 교세포 장벽을 형성, 병의 확산을 막는 역할을 한다. 그러나 연구팀은 이 보호막이 되레 신경세포가 죽는 원인이라는 것을 규명했다. 뇌졸중 이후 과산화수소가 급격히 증가하며 별세포를 자극하면, 별세포가 1형 콜라겐을 만들어낸다. 이렇게 형성된 교세포 장벽이 신경세포들을 포위해 결국, 사멸시킨다는 것. 연구팀은 이에 따라 과산화수소와 콜라겐 생성만 억제하면 뇌경색에 의한 뇌 손상을 원천 차단할 수 있다는 것. 연구진은 이 원리를 적용한 신약 후보물질(KDS12025)을 개발, 영장류 뇌졸중 모델에 투여한 실험에서 신경 손상 완화와 운동기능 회복 가능성을 확인했다고 부연 설명했다. 연구팀은 "콜라겐 생성 억제 및 과산화수소 제거가 가능한 신약 후보물질을 마우스 뇌졸중 모델에 투여한 결과, 교세포 장벽과 신경세포 사멸이 거의 사라지고 저하됐던 운동능력도 일주일 만에 정상 수준으로 개선됐다"고 말했다. 연구팀은 또 "뇌졸중 발생 이틀이 지난 후 투여한 경우에도 신경 기능이 회복된 것을 확인 했다. 1분 1초가 급박한 뇌졸중 치료 '골든타임'을 획기적으로 확장한 것"이라고 의미를 부여했다. 뇌졸중 영장류 모델에서도 효과가 나타났다. 연구팀이 이 신약후보 물질을 영장류에 투여한 결과, 3일 후 병변 크기가 확연히 줄었다. 일주일 만에 마비됐던 손이 완전히 회복된 것도 확인됐다. 과일을 집어먹는 실험에서 뇌졸중 원숭이는 운동장애로 움직일 수 없었지만, 이 신약후보물질로 치료한 원숭이는 10번 시도 모두 성공했다. 이보영 IBS 연구위원(공동 교신저자)은 “별세포에서 활성산소에 의한 콜라겐 합성 기전을 분자세포 수준에서 규명했다”며, “이는 신경세포 사멸의 다양한 원인을 이해하는 중요한 단서로서 뇌졸중 뿐 아니라 치매, 파킨슨 등 퇴행성 뇌질환 치료의 초석이 될 것”이라고 말했다. 이재훈 IBS 교세포 연구단 선임연구원은 "세포에서 분비되는 1형 콜라겐의 구조적 특성과 분비 형태를 규명하고, 해당 콜라겐이 뉴런의 어떤 신호전달 경로를 통해 세포 사멸을 유도하는지 기전을 심층적으로 분석할 예정"이라며 "앞으로 이러한 기전이 다양한 퇴행성 뇌질환에서도 공통적으로 작용하는지 확인할 것"이라고 덧붙였다. 이창준 단장(교신저자)은 "별세포 역할에 대한 정설을 뒤집고 뇌졸중의 근본 메커니즘을 밝힌 것"이라며 "뇌경색 등 허혈성 뇌졸중을 포함한 뇌혈관 질환 치료에 혁신적 돌파구를 마련한 것"이라고 평가했다. 한편 연구결과는 대사 분야 국제 학술지 '셀 메타볼리즘(IF 30.9)'에 28일 0시(한국시간) 온라인으로 게재됐다.

2026.04.28 00:00박희범 기자

"운동 습득 능력은 신경 아닌, 뇌 별아교세포 기능이 좌우"

운동 습득이 유난히 빠른 사람을 두고, 우리는 보통 운동 신경이 좋다고 얘기한다. 그러나 이는 잘못된 말이다. 앞으로는 별아교세포 기능이 우수하다고 표현해야 한다. 기초과학연구원(IBS)은 정원석 혈관연구단 부연구단장(KAIST 생명과학과 부교수)과 김재익 울산과학기술원(UNIST) 생명과학과 부교수 연구팀이 운동 학습 시 별아교세포가 신경 활동 변화와 도파민 신호에 반응해 시냅스를 선택적으로 제거하며, 이 과정이 실제 운동 학습 능력과 직결된다는 사실을 규명했다고 24일 밝혔다. 별아교세포는 뇌에 가장 많이 존재하는 별 모양의 보조세포다. 신경세포 활동을 돕는 역할을 한다. 또 시냅스는 신경세포(뉴런) 간 신호전달을 연결하는 통로다. 정원석 부연구단장은 "새로운 운동 기술을 익힐 때 뇌 신경 회로가 재구성되는 '리모델링'이 주로 신경세포가 주도한다고 여겨졌다. 그러나 별아교세포가 뇌 회로 재편을 이끄는 핵심 조력자라는 걸 과학적으로 규명하고, 확인한 것"이라고 말했다. 시냅스 생성과 소멸은 오랫동안 신경세포를 중심으로 연구되어 왔다. 최근 별아교세포와 미세아교세포(뇌 속 면역세포의 일종)가 시냅스 형성과 제거에 핵심적인 역할을 한다는 사실이 알려지며 주목받았으나, 실제 운동 학습에서 갖는 구체적인 의미와 작동 원리에 대해서는 미지의 영역으로 남아 있었다. 연구팀은 생쥐의 반복적인 운동 학습 과정을 추적하며 뇌 속 시냅스 변화를 면밀히 관찰했다. 논문 제1저자인 최영진 연수학생은 "가장 큰 난관은 복잡하게 얽힌 뇌 회로 속에서 별아교세포가 특정 시냅스를 '청소'하는 찰나를 포착하는 것이었다"고 말했다. 연구팀은 고해상도 이미징 기술로 미세한 변화를 끈질기게 추적한 끝에, 학습이 진행될수록 별아교세포가 시냅스를 먹어 치우는 포식작용이 뚜렷하게 늘어나는 것을 확인했다. 또 이 과정을 별아교세포에 있는 포식 수용체 'MEGF10'이 주도한다는 것도 확인했다. 반면, 포식 능력을 가진 다른 교세포들은 운동 학습 과정에서 시냅스 제거에 거의 관여하지 않았다. 이는 운동 학습 중 시냅스 제거(정비)가 별아교세포만의 고유한 역할이라는 것을 의미한다. 연구팀은 별아교세포의 시냅스 제거 기준도 파악했다. 신경 회로가 활성화될수록 시냅스 재정비 과정 역시 더욱 활발해졌다. 도파민 분비를 증가시키자 별아교세포의 시냅스 제거 양상이 크게 달라졌다. 특히 놀라운 점은, 뇌 선조체(운동 제어와 학습, 보상 시스템에서 핵심적인 역할을 하는 부위)에 있는 두 종류(D1,D2)의 신경세포에서 도파민이 서로 상반된 반응을 유도했다. D1 수용체 세포에서는 별아교세포의 시냅스 제거가 줄어들어 신경 연결이 강화된 반면, D2 수용체 세포에서는 제거가 늘며, 회로가 정리됐다. 정원석 부연구단장은 "이는 별아교세포가 도파민 신호에 따라 'MEGF10' 수용체를 이용해 특정 회로는 남기고 불필요한 회로는 솎아내는 '선택적 리모델링'에 관여한다는 의미"라며 "이번 연구 핵심은 단순 보조자로 여겨졌던 별아교세포가 신경 활동과 도파민 신호를 읽어 시냅스를 직접 정리하는 능동적 조절자임을 과학적으로 밝혀낸 것"이라고 말했다. 그는 또 "이번 연구결과가 파킨슨병, 중독 질환 등 도파민 관련 질환의 원리를 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것"이라며 "별아교세포의 시냅스 포식 기능을 조절하는 전략이 운동 기능 회복 및 신경정신 질환을 치료하는 새로운 접근법으로 이어질 가능성도 있다"고 부연설명했다. 연구결과는 국제 학술지 '네이쳐 커뮤니케이션즈(IF 15.7)에 온라인으로 게재됐다.

2026.02.24 10:57박희범 기자

화장품·식품·의약품 등에 많이 쓰이는 나노크기 '실리카', 태아 운동신경 발달에 "독"

식품첨가물과 화장품, 의약품 등에 쓰이는 나노미터 크기 실리카(SiO₂)가 태아 운동신경 발달에 문제를 일으킬 수 있다는 과학적 연구결과가 나왔다. 한국생명공학연구원은 줄기세포융합연구센터 이미옥 박사 연구팀이 국가독성과학연구소 이향애 박사팀과 공동으로 인간 줄기세포 유래 뇌 오가노이드를 활용해 실리카 나노입자가 인간 초기 뇌 발달 과정에 미치는 영향을 규명했다고 8일 밝혔다. 실리카는 식품첨가물을 비롯해 화장품과 산업 소재, 의약품 등에 널리 쓰인다. 크기가 마이크론 단위 이상으로 비교적 큰 입자 형태에서는 안전한 물질로 인식되어 왔다. 그러나 최근들어 분야별 미세화나 기능성 향상을 의해 나노입자로 만든 실리카가 많이 쓰인다. 연구팀은 "나노미터급 실리카 입자는 세포 내 유입, 조직 축적, 생체 장벽 통과 가능성이 상대적으로 높아, 기존 독성 평가 결과를 그대로 적용하기 어렵다. 식품이나 화장품, 환경 및 산업 현장을 통해 만성적·복합적으로 노출될 가능성이 있음에도 불구하고 인체, 특히 발달 단계에서 신경계에 미치는 영향에 대한 밀한 평가는 충분히 이루어지지 않았다"며 이번 연구 취지를 설명했다. 연구팀은 이를 위해 인간 다능성 줄기세포(hPSC)로부터 도파민 신경계가 형성되는 중뇌 오가노이드를 제작하고, 신경발달 초기 단계에서 실리카(SiO₂) 나노입자 노출에 따른 변화를 분석했다. 분석결과 오가노이드의 전반적인 성장과 신경 전구세포 증식이 유의하게 감소했다. 도파민 신경 전구세포 및 성숙 도파민 신경세포 표지자 발현이 선택적으로 저해됨도 확인했다. 반면, 전체 신경세포 분화 자체는 크게 감소하지 않아 특정 신경계 계통에 선택적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 세포 사멸 관련해서는 뚜렷한 세포 독성이나 세포 사멸을 유발하지 않았으며, 대신 성상세포 활성화 및 염증성 사이토카인(IL-6) 발현 증가 등 신경염증 반응이 관찰됐다. 또 오가노이드 내 활성산소종(ROS) 수준을 감소시키고, 칼슘 신호 전달과 신경 네트워크 전기생리학적 활동을 저해했다. 분자 수준 분석에서는 신경발달(CREB 및 PLC-γ1 등)과 시냅스 성숙에 중요한 신호 경로의 인산화가 감소했다. 전사체 분석을 통해 신경발달 및 시냅스 기능 관련 유전자 발현이 전반적으로 억제됨도 확인했다. 이미옥 박사는 "신경세포 발현이 제대로 되지 않으면 운동신경에 문제가 생긴다"며 "나노 실리카가 전반적으로 줄기세포 성장과 분화를 억제하는 등 뇌 기능적 교란이 일어날 수 있음을 의미한다"고 말했다. 연구결과는 환경위해성 분야 국제학술지(Journal of Hazardous Materials, IF 11.3)에 게재됐다. 교신저자는 생명연 이미옥 박사 및 한국독성연구소 이향애박사, 제1저자는 생명연 김서현, 이영선 연구원이다. 연구는 과기정통부 국가전임상지원체계구축사업, 인공아체세포기반 재생 치료기술 개발 사업단, 바이오의료개발사업, 생명연 주요사업 지원을 받았다.

2026.01.08 16:07박희범 기자

뇌-컴퓨터 연결 언제될까…KIST·서울대, 전극 정밀코팅 기술로 기반 확보

인간의 뇌와 컴퓨터 연결이 그리 멀리 않을 전망이다. 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌융합연구단 성혜정 박사팀과 서울대학교 박성준 교수팀이 뇌에 삽입하는 전극 수명을 기존 1개월에서 3개월 이상으로 늘린 획기적인 코팅 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이번 성과는 뇌 신호를 장기간 안정적으로 기록할 수 있는 기반을 마련한 것으로 풀이됐다. 뇌과학 연구와 임상 적용의 활용 범위를 크게 넓힐 것으로 기대된다. 나아가 뇌와 컴퓨터를 무선이나 착용 등 비침습 방법으로 연결하는 것도 가능할 것으로 전망됐다. 연구팀은 기존의 딱딱한 실리콘 대신 유연한 플라스틱을 사용해 뇌 조직 손상을 줄이고 전극 표면에 100nm(10억분의 1m) 두께의 특수 코팅으로 내구성을 높였다. 머리카락 굵기 정도로 가는 이 전극은 뇌 신경세포 활동을 실시간으로 기록할 뿐 아니라 약물 전달도 가능하다. 특히, 코팅은 뇌척수액과 만나면 부풀어 올라 단백질과 면역세포의 부착을 막음으로써 염증과 흉터 생성을 억제하고 전극과 신경세포 간 접촉을 장기간 안정적으로 유지할 수 있다. 생쥐 실험을 통해 새 전극은 기존 전극보다 염증 반응을 60% 이상 줄였다. 신경세포 생존율은 85% 높이는 것도 확인했다. 또한, 시간이 지날수록 뇌 신호의 선명도를 나타내는 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 개선돼 장기간 안정적이고 신뢰성 있는 뇌 신호 측정이 가능하다. 기존에 나와있는 기술(신경 프로브)은 실리콘 기반으로 제작, 뇌에 삽입했을 때 주변 조직 손상 및 염증을 유발한다. 또 하이드로젤 기반 표면 개질이 수 마이크론 두꼐로 두꺼워 신경 프로브의 기능 및 신호 품질 저하를 초래했다. 불균일한 코팅두께로 인해 대량생산 한계가 존재했다. 성혜경 박사는 "이 기술은 치매, 파킨슨병 등 퇴행성 뇌 질환을 장기간 추적 연구할 수 있는 발판을 제공할 수 있다"며 "동시에 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 상용화에도 기여할 것"으로 내다봤다. 성 박사는 "더 나아가 심장 스텐트, 인공관절 등 다양한 이식형 의료기기의 안정성과 성능을 높일 수 있어 의료기기 산업 전반에도 파급효과가 클 것"으로 기대했다. 연구팀은 후속 연구를 통해 재활 모니터링, 정신건강 관리, 뇌질환 진단 등 뇌 삽입 전극의 응용성을 평가하고 다양한 이식형 의료기기에 코팅 기술을 확대 적용해 산업적 가치를 높여갈 예정이다. 연구는 IF12.9(2년간 인용 횟수)인 국제 학술지 바이오머터리얼즈에 게재됐다.

2025.09.16 12:00박희범 기자

단맛이 커피 쓴맛 어떻게 억제할까...국내 연구진 첫 규명

단맛이 커피나 약의 쓴맛을 미각 신경세포를 통해 어떻게 억제시키는지가 규명됐다. 한국뇌연구원은 신경·혈관단위체 연구그룹 강경진 박사 연구팀이 미각 신경세포들의 상호작용 일부를 처음 발견했다고 20일 밝혔다. 연구팀은 이번 발견이 '전기연접 억제' 현상을 이용한 미각 신경세포의 분자적 기전이라고 설명했다. '전기연접 억제'는 신경세포의 활성에 따라 발생된 전기장이 시냅스와 상관없이 인접한 신경세포의 활성을 억제하는 현상이다. 뇌의 신경망은 신경세포 간 소통을 통해 기억, 학습, 감각 같은 정보를 저장하거나 처리한다. 신경망 작동에는 시냅스를 이용한 화학적·전기적 소통 방식이 잘 알려져 있다. 하지만, 신경세포 활성으로 생성된 미세한 전기장이 인접한 신경세포의 활성을 조절하는 전기연접 전달 방식도 뇌내 정보처리의 한축을 담당한다. 그러나 전기연접 전달 방식에 대한 분자적 기전이 아직 잘 밝혀져 있지 않았다. 연구팀은 초파리의 미각 신경세포를 대상으로 전기생리학, 광유전학 및 행동유전학적 연구를 진행한 결과 미각 신경세포 간 소통에 전기연접 억제 현상이 작용하고 있음을 처음으로 밝혀냈다. 미각 신경세포 간 전기연접 억제 현상으로 단맛을 느끼는 신경세포가 쓴맛을 느끼는 신경세포 활성을 억제한다는 것이다. 강경진 박사는 “단맛이 커피나 약물의 쓴 맛을 줄이거나 과일주스를 마실 때 불쾌할 수 있는 신맛을 덜 느끼게 하는 등, 사람에서도 확인되는 단맛과 다른 미각 간 조절 현상을 이런 원리로 설명할 수 있을 것”이라고 해석했다. 김 박사는 또 "단맛 세포에 존재하는 채널인 '과분극 활성화 고리형 뉴클레오티드 개폐통로(HCN 채널)가 쓴맛 세포에서 보내는 억제신호를 차단한다는 사실도 확인했다"고 덧붙였다. 한국뇌연구원 이민혁 박사후연수연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 '미국국립과학원회보 (PNAS)' 최신호에 게재됐다.

2025.01.20 10:26박희범 기자