수술없이 초음파만으로 뇌질환 치료가 가능한 연구 결과를 발표했다, 한국과학기술연구원(KIST)과 경희대 동서의학대학원과 공동으로 연구한 성과이다. 연구팀은 초음파에 의한 신경세포 조절이 별 세포 기계수용 칼슘 채널(TRPA1)에서 시작되는 것을 확인하고, 비침습적 초음파 뇌 자극술 작동 원리를 규명했다.(사진: 연구를 주도한 연구진)

이창준 단장 연구팀은 저강도 초음파에 의해 별 세포 TRPA1이 활성화하면, 별 세포로부터 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트가 분비되고 신경세포 활성을 유도한다고 밝혔다.

특히 초음파 뇌 자극술은 뇌 심부 자극술과 달리 외과적 수술이 필요 없다는 것이다. 이창준 단장은 "뇌 질환 치료를 위한 초음파 뇌 자극을 최적화하는 연구와 함께 초음파유전학으로 발전시킬 수 있도록 지속해서 연구할 계획"이라고 설명했다.
  

연구진은 초음파를 통한 신경 세포 조절이 별세포의 기계수용칼슘채널 TRPA1에서 시작된다는 점을 확인했으며 여기서 별세포는 뇌에서 가장 많은 수를 차지하는 별 모양의 비신경세포를 말하며 기계수용채널은 세포막의 기계적 자극에 활성화되는 채널이다.

 
별세포를 통한 저강도 초음파의 신경 조절 기전. 출처: IBS

연구팀은 별세포에 발현된 기계수용칼슘채널 TRPA1이 초음파로 먼저 활성화돼 별세포 내 칼슘을 증가시키고 이 칼슘이 Best1 채널을 열어 이를 통해 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트(glutamate)가 별세포로부터 분비된다는 사실을 밝혔다.

또한 연구팀은 초음파 자극을 받은 별세포에서 분비된 글루타메이트가 신경 세포의 활성을 조절하는 기전을 전기생리학, 이미징, 모델마우스의 행동 실험, 모델링 등 여러 가지 실험 기법을 이용해 분자 수준에서 규명하고 이를 동물모델을 이용한 개체 수준까지 증명했다.

이를 규명하기 위해 연구팀은 TRPA1이 있는 쥐와 TRPA1이 없는 쥐를 각각 준비한 후 저강도 초음파에 의한 신경세포 발화(neuron firing) 정도를 관찰했다.

연구팀의 연구 결과는 치매, 파킨슨병, 우울증, 만성통증, 뇌전증 등 뇌질환 치료에 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 제 1저자인 오수진 KIST 선임연구원은 "이번 연구는 저강도 초음파에 의한 신경세포 조절 메커니즘을 분자 수준에서 개체 수준에 이르기까지 전반적으로 규명했다는 데 의의가 있다"고 말했다.

연구를 주도한 이창준 단장은 "초음파의 센서 역할을 하는 유전자를 각종 뇌질환 치료에 적용하는 연구와 더불어 초음파유전학(ultrasonogenetics)으로 발전시키는 후속 연구를 할 계획"이라고 밝혔다.