움직이는 쥐 뇌전증 발작 중 뇌 속 포타슘이온 농도 확인해

국내 연구팀이 간질로 잘 알려진 뇌전증 발작 위험성을 실시간으로 모니터할 수 있는 뇌 센서를 개발했다.

현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단 단장(서울대 석좌교수)이 이끄는 연구팀은 뇌 여러 영역의 포타슘(칼륨, K) 이온 농도 변화를 동시에 측정하는 고감도 나노센서를 개발해, 자유롭게 이동하는 생쥐의 발작 정도를 실시간으로 관찰하는 데 성공했다고 국제학술지 `네이처 나노테크놀로지` 2월 10일자에 발표했다.

뇌전증은 뇌 신경세포의 불규칙한 흥분으로 인해 발작과 경련 일으키는 질환이다. 흥분한 뇌 신경세포는 포타슘 이온을 세포 밖으로 내보내며 이완한다. 하지만 뇌 신경세포는 포타슘이온을 밖으로 내보내지 못하고 흥분상태를 유지하게 되면 뇌전증 증상이 발생한다.

나노입자를 이용해 자유롭게 활동하는 생쥐에서도 포타슘 이온의 농도를 측정할 수 있는 고감도 나노센서를 개발했다. 이 센서 안에는 수 나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m) 크기의 실리카 나노입자가 들어있는데, 이 입자 내부에는 포타슘 이온과 결합해 녹색 형광을 내는 염료가 들어있다. 이후 입자 표면을 포타슘만 선택적으로 통과시킬 수 있는 얇은 막으로 코팅해, 막을 통과한 포타슘이온이 염료와 결합해 내는 형광 세기로 농도를 측정할 수 있도록 했다.

이후 연구팀은 움직이는 생쥐의 뇌 속 해마와 편도체, 대뇌피질에 나노센서를 주입한 뒤, 해마에 전기적 자극을 가하면서 포타슘 이온 농도 변화를 측정했다. 그 결과 전기 자극으로 부분발작이 일어날 때는 자극이 시작된 뇌 해마부터 편도체, 대뇌피질 순으로 포타슘 이온 농도가 순차적으로 증가하며, 전신발작 때는 3곳의 포타슘 이온 농도가 동시에 상승하며 지속시간이 더 길다는 점을 확인했다.

현 단장은 "이 센서를 활용하면 뇌 여러 영역의 포타슘 이온 농도를 동시에 관찰할 수 있다"며 "뇌전증뿐만 아니라 알츠하이머병, 파킨슨병 등 뇌질환의 발생을 감시하는 지표로 활용할 수도 있을 것"이라고 설명했다.

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