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공지사항 뇌전증 발작 실시간 체크 가능한 나노센서 개발
2020-02-11 09:42:04
관리자 <> 조회수 94

뇌전증 발작 실시간으로 본다

 
 
 
IBS타슘 이온농도 실시간 나노센서 개발
 
연구진은 다공성 실리카 나노입자의 구멍 속에 포타슘이온을 센싱하는 염료를 넣은 뒤, 얇은 막으로 코팅해 나노센서를 개발했다. 얇은 막은 크기가 상대적으로 작은 포타슘이온만이 통과 가능해 높은 선택도로 이온 농도 변화를 관측할 수 있다. IBS 제공.

흔히 ‘간질’로 불리는 뇌전증에 따른 발작을 실시간 감시하는 센서가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 현택환 나노입자연구단 단장 연구팀이 뇌의 여러 영역에 있는 포타슘(칼륨)이온 농도 변화를 실시간으로 측정하는 고감도 나노센서를 개발하고 연구결과를 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 11자에 발표했다고 밝혔다. 나노센서를 통해 자유롭게 이동하는 생쥐의 발작 정도를 실시간으로 관찰하는 데도 성공했다.

뇌전증은 3대 뇌질환으로 꼽힌다. 뇌 신경세포의 불규칙한 흥분으로 발생한다. 흥분한 뇌 신경세포는 포타슘이온을 바깥으로 내보내며 이완한다. 그러나 신경세포 내 포타슘이온이 빠져나오지 못하고 흥분상태를 유지하면 뇌전증의 증상인 발작과 경련이 일어난다.

뇌질환을 정확하게 진단하려면 다양한 뇌 부위에서 포타슘이온 농도 변화를 추적·관찰하는 게 필요하다. 그러나 지금까지 실시간으로 신경세포 변화를 포착하기 어려웠다. 신경세포가 흥분할 때 세포막의 이온통로를 통해 이동하는 포타슘·소듐(Na)·칼슘 등 여러 이온 중 포타슘이온의 농도변화만 선택적으로 측정하기 어려웠기 때문이다. 또 포타슘이온의 농도변화는 다른 이온에 비해 상대적으로 작아 측정하기가 더 어렵다.

기존에 개발한 포타슘이온 센서는 배양된 신경세포, 뇌 절편, 마취상태의 동물 등 제한된 환경에서만 농도를 측정할 수 있었다. 정확한 관찰을 위해 측정 대상이 자유롭게 이동할 때도 활성을 측정할 수 있는 기술이 필요한 상황이다.

연구진은 나노입자를 이용해 자유롭게 돌아다니는 생쥐에서 포타슘이온의 농도변화만 선별적으로 측정할 수 있는 고감도 나노센서를 개발했다. 먼저 포타슘이온과 결합하면 녹색 형광을 내는 염료를 수 나노미터(nm) 크기의 구멍이 있는 실리카 나노입자 내에 넣었다.

그런 뒤 이 나노입자 표면을 세포막에 있는 포타슘이온 채널과 유사한 구조로 포타슘만 선택적으로 통과시키는 얇은 막으로 코팅했다. 막을 통과한 포타슘이온이 염료와 결합해 내는 형광의 세기를 토대로 포타슘이온의 농도를 측정할 수 있다.

연구진은 움직이는 생쥐의 뇌 해마, 편도체, 대뇌피질에 나노센서를 주입한 뒤 해마에 전기 자극을 가해 발작을 일으키고 포타슘이온 농도 변화를 측정했다. 그 결과 부분발작이 일어나는 경우 자극이 시작된 뇌 해마에서 편도체, 대뇌피질 순으로 순차적으로 농도가 증가했다. 전신발작 때는 3개 부위 포타슘이온 농도가 동시에 증가하고 지속시간도 길어졌다.

포타슘이온 농도는 뇌전증은 물론 알츠하이머, 파킨슨병 등 뇌질환을 감시할 수 있는 지표다. 연구진은 이번 기술이 다양한 뇌 신경세포의 과도한 흥분으로 발병하는 여러 뇌질환의 발병원인 규명 및 진단에 도움이 될 것으로 보고 있다.

현택환 단장은 “이번에 개발한 나노센서가 뇌전증은 물론 알츠하이머 등 뇌질환의 병리 기전 규명과 진단에 사용될 것으로 기대된다”고 말했다.

[김민수 기자 reborn@donga.com]
https://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LS2D&mid=shm&sid1=103&sid2=241&oid=584&aid=0000007639


 

 

 

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