주간뇌연구동향 2017-07-28 한국뇌연구원 뇌연구정책센터
1. AD 에서괴사성세포사멸 (necroptosis) 의활성화 * Article : http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.4608.html 알츠하이머병 (Alzheimer 's disease, AD) 은뉴런의상당한손실이특징이다. 그러나뉴런이손실되는메커니즘은아직분명하지않다. Necroptosis는괴사성세포사멸의한종류로 프로그램화된세포괴사 이며 MLKL(mixed lineage kinase domain-like) 단백질에의해조절이된다. 또한, 수용체상호작용단백질키나아제 RIPK1과 RIPK3 에의해유발된다 미국아리조나주립대 Salvatore Oddo 박사연구팀은 AD 환자의사후뇌에서 necroptosis가활성화되고, Braak stage와는양의상관관계가있으며, 뇌무게와인지기능과는역의상관관계가있음을확인하였다. 또한, 연구팀은 RIPK1에의해조절되는유전자들이다수의 AD 전사체표지자 (signature) 들과상당히중첩됨을확인하였고, 이는 RIPK1 활성이 AD에서전사체변화의상당부분을설명할수있음을나타냈다. 또한, 연구팀은 AD 마우스모델에서 necroptosis 활성화를낮추는것이세포손실을감소시킨다는것을확인하였다. 연구팀은이러한연구결과가 AD 분야에서활성화를막는데목표를둔새로운치료전략으로써새로운연구영역에박차를가할것으로기대하였다 Increase in necroptosis markers in AD human brains.
2. " 레이저로 ' 치매쥐 ' 잃은기억되살려 " 출처 : 연합뉴스 * Article : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=optogenetic+stimulation+of+dentate+gyrus+engrams+restores+memory+in+alzheimer's+disease+mice 알츠하이머치매환자는기억이완전히지워져없어진것일까? 아니면기억은저장돼있는데끄집어내는기능을잃은것일까? 치매는신경세포표면의단백질베타아밀로이드가플라크를형성하고신경세포안의단백질타우가뒤엉키면서기억을저장하고있는신경세포를파괴해발생하는것으로알려져있다 그런데 ' 치매쥐 ' 의잃은기억을레이저로되살렸다는연구결과가나왔다 치매는기억이사라져버린것이아니라기억은신경세포에남아있는데다만이를인출하는기능을상실한것일수있음을시사하는것이다 미국컬럼비아대학정신의학과의크리스틴데니임상신경생물학교수는치매로잃은기억을레이저같은외부자극으로되살릴수있음을보여주는쥐실험결과를발표했다고영국의과학전문지뉴사이언티스트가 26일보도했다 데니교수는유전자조작으로쥐의신경세포가기억을저장할때는 ' 노란색 ', 기억을끄집어낼때는 ' 붉은색 ' 을띠도록했다 그는두그룹의이런쥐를만들었다. 한그룹은건강한쥐, 다른그룹은치매모델쥐 이어기억력테스트를해봤다. 레몬냄새에노출시킨뒤전기충격을가했다. 그로부터 1주일후다시같은레몬냄새를맡게했다
2. " 레이저로 ' 치매쥐 ' 잃은기억되살려 ( 계속 ) 그러자건강한쥐들은전기충격이올까봐공포로몸이얼어붙었다. 그러나 ' 치매쥐 ' 들은보통쥐들에비해공포감이절반정도밖에는되지않았다. 레몬냄새와전기충격사이의연관성을뚜렷하게기억하지못하고있다는증거다 두그룹쥐의이러한행동차이는뇌의기억중추인해마에서도나타났다 건강한그룹쥐는해마에서 ' 노란색 ' 신경세포와 ' 붉은색 ' 신경세포가중첩돼나타났다. 레몬냄새-전기충격의기억이저장된곳에서기억을다시끄집어냈다는증거다 그러나 ' 치매쥐 ' 그룹의해마에서는기억이저장된신경세포가아닌다른신경세포에서 ' 붉은색 ' 이나타났다. 엉뚱한기억을끄집어내고있다는증거다 이는치매환자에게서도흔히나타난다. 예를들어, 치매환자는 9 11 테러가발생했을때자신이어디에있었는지를정확하게기억하지못한다 데니교수는이어광유전학 (optogentics) 이라는첨단유전기술로 ' 치매쥐 ' 들의레몬냄새-전기충격의기억을되살리려해봤다 뇌의광섬유망 (fiber optic cable) 에푸른레이저빛을비춰 ' 치매쥐 ' 의 ' 노란색 ' 기억저장신경세포에자극을가하자레몬냄새와함께공포로몸을떨었다 이는 ' 치매쥐 ' 의뇌에는 " 잃은 " 기억이저장돼있고또다시불러낼수있음을보여주는것이라고데니교수는설명했다 광유전학은안전성이입증되지않았고또뇌신경세포에레이저를쏘는것인만큼사람에게는아직사용하기어렵다 그러나심부뇌자극 (deep-brain stimulation) 같은기술이나표적약물도치매환자의잃은기억을끄집어내는데도움이될것이라고데니교수는말했다 그의다음단계연구는 ' 치매쥐 ' 와마찬가지로치매환자에게도기억을저장하고인출하는메커니즘이존재하는지를확인하는것이다 치매환자가음악같은외부자극으로오래전잃은기억이되살아난사례도있다 이연구결과는 ' 해마 '(Hippocampus) 최신호에발표됐다
3. " 경두개자기자극 (TMS) 로치매진단가능 " 출처 : e- 헬스통신 * Article: http://www.neurology.org/content/early/2017/07/26/wnl.0000000000 004232 코일을통해생성된자기장으로뇌를자극해뇌조직에전기장을생성하게하는경두개자기자극 (TMS: Transcranial Magnetic Stimulator) 으로치매를진단할수있다는연구결과가나왔다 TMS란두피에커다란전자기코일을씌우고전류를뇌속으로흘려보내뇌신경세포를자극, 뇌의여러신경회로에전기신호를전달하는능력을측정하는것이다 이탈리아브레시아 (Brescia) 대학의대신경과전문의바르바라보로니박사는 TMS로알츠하이머치매, 전측두엽치매, 정상인을구분할수있다는연구결과를발표했다고헬스데이뉴스가 27일보도했다 보로니박사연구팀은알츠하이머치매가의심되는 79명, 전측두엽치매가의심되는 61명, 같은연령대의정상인 32명을대상으로 TMS를시행했다 분석결과알츠하이머치매는 90%, 전측두엽치매는 87%, 정상인은 86% 의정확도로구분해낼수있었다고보로니박사는밝혔다 알츠하이머치매는어떤특정신경회로, 전측두엽치매는이와는다른신경회로에문제가있는것으로밝혀졌다고그는설명했다
3. " 경두개자기자극 (TMS) 로치매진단가능 ( 계속 ) 전측두엽치매 (FTD: frontotemporal dementia) 는초기에는성격변화, 자제력저하, 무관심같은전두엽성행동장애와과성욕, 과식욕같은측두엽성행동장애가나타난다. 이에비해알츠하이머치매는처음부터기억소실이나타난다 현재치매진단에는값비싼양전자방출단층촬영 (PET) 또는척추속에바늘을삽입해뇌척수액을채취, 분석하는고통스러운요추천자가이용되고있다 이에비해 TMS는신속하고손쉬운비침습적 (non-invasive) 진단법이라고보로니박사는강조했다 다만더많은환자를대상으로대규모임상시험을통해확인이필요하다고그는덧붙였다 현재알츠하이머치매는그나마진행을다소지연시키는치료제가있지만전측두엽치매는그런약마저없다 이연구결과에대해미국뉴욕대학윈스럽병원신경과학실장아자이미스라박사는알츠하이머치매와전측두엽치매를완치할수없는지금상황에서는이정도의작은부정확성은용인될수있지만, 장차완치방법이발견되면정확한진단이필수라고논평했다 이연구결과는미국신경학회 (American Academy of Neurology) 학술지 ' 신경학 '(Neurology) 온라인판 (7월 26일자 ) 에실렸다
4. 뇌신경줄기세포이식으로수명연장뇌척수액에특정마이크로 RNA 분비 노화방해기능에관여, 출처 : 메디파나뉴스 * Article : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=hypothalamic+stem+cells+control+ageing+speed+partly+through+exosomal+mirnas 美연구팀보고 쥐의뇌시상하부에있는신경줄기세포를또다른쥐에이식하는방법으로노화를늦추고수명을연장시키는데성공했다 미국앨버트아인슈타인의대연구팀은사람에도활용가능한지는앞으로더연구가필요하다고설명하고영국과학저널 ' 네이처 ' 인터넷판에연구논문을발표했다 연구팀은사람의중년에해당하는생후 18개월된쥐에시상하부신경줄기세포를이식한결과, 이식하지않은쥐보다노화의진행이지연되고수명이연장된것으로확인했다. 한편체내신경줄기세포가결손된쥐에서는노화와유사한현상이일어나거나수명이단축됐다 시상하부는식욕이나수면, 체온이나호르몬분비등을조절하고생명유지에빠질수없는기능을가진뇌의중추기관. 연구팀은시상하부신경줄기세포부족이노화의중요한원인이라고지적했다. 이신경줄기세포는특정마이크로RNA를뇌척수액에분비하고이것이노화를방해하는기능에관여하고있는것으로보고있다
5. ' 독성물질 ' 일산화탄소, 뇌졸중치료활용가능성발견건국대연구팀, 성장인자발현증가역할규명, 출처 : 연합뉴스 * Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?ter m=carbon+monoxide+potentiation+of+l- Type+Ca2%2B+Channel+Activity+Increases +HIF-1%CE%B1- Independent+VEGF+Expression+via+an+A MPK%CE%B1%2FSIRT1-Mediated+PGC- 1%CE%B1%2FERR%CE%B1+Axis 독성을가졌다고알려진일산화탄소를이용해뇌졸중치료에도움을줄수있다는사실이국내연구진에의해확인됐다 건국대는 KU융합과학기술원최윤경교수 ( 융합생명공학 ) 연구팀이일산화탄소가뇌졸중치료에쓰일수있다는단서를찾고원리를규명했다고 25일밝혔다 뇌졸중은뇌에혈액을공급하는혈관내부일부가막히거나터져그부위의뇌가손상되는뇌혈관질환으로, 반신마비나언어장애등심각한후유증을일으킨다고알려져있다 최교수팀은뇌와척수에존재하는성상교세포에일산화탄소를낮은농도로주입하면혈관신생및신경재생을유도할수있는성장인자발현이증가한다는사실을찾아냈다. 일산화탄소약 250ppm을 1시간에걸쳐낮은농도로처리할수있도록분비물질을주입하자혈관내피세포성장인자의발현이기존보다 3배정도늘었다는게연구진의설명이다 최교수팀은일산화탄소가성상교세포의칼슘채널 ( 통로 ) 을활성화해세포내칼슘농도를증가시켰고, 이를통해특정단백질이활성화하는효과도있었다고덧붙였다. 최교수는 " 낮은농도의일산화탄소가뇌질환모델치료에서중요한역할을담당할가능성이있다. 뇌졸중을비롯해뇌질환치료제로활용할날이올것 " 이라고기대했다 이번연구는강원대김영명교수연구팀과공동으로진행됐으며국제학술지인 ' 안티옥시던트 & 리독스시그널링 '(Antioxidant & Redox Signaling) 최근호에게재됐다
6. 빅데이터분석으로기존약품서新항암제찾아출처 : 대덕넷 * Article: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=reversal+of+cancer+gene+expression+correlates+with+drug+efficacy+and+reveals+therapeutic+targets KISTI, 신약재창출기술로구충제간암환자암조직사멸확인 빅데이터분석으로기존약품서새로운항암제를발굴하고치료효과도입증, 신약개발시간을대폭줄일것으로기대된다 KISTI( 한국과학기술정보연구원 원장한선화 ) 는백효정박사와미국스탠포드대학, 캘리포니아샌프란시스코대학연구팀이초고성능컴퓨터와빅데이터분석기술을활용해안전한항암제발굴원천기술을제시하고치료효과도입증했다고 27 일밝혔다 신약개발은부작용과독성검증에취약하고수십년의개발기간이소요된다. 천문학적비용이요구되기도해고위험고수익의첨단분야다 때문에기존시장에출시된의약품중에서새로운질병치료효과를발굴하는 ' 신약재창출 (Drug repositioning)' 기술은안전성확보와신약개발시간문제를동시에해결하는획기적인기술로평가된다빅데이터분석을통한신약재창출모식도.< 사진 =KISTI>
6. 빅데이터분석으로기존약품서新항암제찾아 ( 계속 ) 연구팀은 6만6000종이상의약물과화학물에대한암세포전장유전체반응정보를확인했다. 또 1000만건이상화학물활성정보와 7500명이상의암환자유전체를분석했다 이어암환자유전체의발현특성과약물유전체반응을정량화하는역상관관계계수를모델링해 4종의의약품에대해새로운항암효과를동시에검증했다. 그결과구충제 (Pyrvinium) 가간암환자조식에서암세포를없애는효과를실제입증했다 컴퓨팅분석을기반으로한신약개발분석파이프라인은정보과학과의학, 수학, 생물학분야의이해가요구되는 Data Science-IT-Bio 융복합분야의최첨단영역이다 연구팀은이번연구를통해개발된 RGES 분석방법론과빅데이터분석처리전과정의소프트웨어소스코드를공개 (https://github.com/bin-chen-lab/rges) 해응용연구와실용화의초석을마련했다는평가를받는다 백효정박사는 " 이번연구를통해암뿐만아니라, 뇌질환, 치매등다양한난치병의치료제개발을위한빠르고안정적인신약재창출파이프라인이제시되었으며, 치료과정의약물부작용을크게줄일수있을것으로기대된다 " 고말했다. 한편이번성과는 12일 ( 한국시간 ) 융합과학분야에서네이쳐커뮤니케이션스 (Nature Communications) 온라인판에게재됐다.
7. 잠자리도사람처럼행동한다 자율주행차량이나생체공학눈등에응용가능, 출처 : 사이언스타임즈 * Article : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=a+predictive+focus+of+gain+modulation+encodes+target+trajectories+in+insect+vision 곤충인잠자리의뇌는먹이가어디로움직일것인지를예측해성공적인사냥을한다는연구가나왔다 호주애들레이드대와스웨덴룬드대연구팀은잠자리뇌가지금까지이해되었던것보다더복잡한처리과정을거친다는사실을발견하고이에대한새로운연구결과를제시했다. 이연구는과학저널 이라이프 (elife) 25일자에발표됐다 잠자리뇌의이같은기능은앞으로로봇의눈과시야를더욱정밀하게만드는데도움을줄것으로보인다야구선수볼캐치와유사 프로젝트파트너인애들레이드의대스티븐위더만 (Steven Wiederman) 박사는 지금까지세계의많은연구자들은동물들이움직이는물체를어떻게예측하는가를조사하기위해일차적으로사람과같은포유동물들의그런능력에관심을쏟아왔다 고말했다 그는 누구나쉽게알수있듯포유류가곤충보다여러면에서훨씬복잡한생물이지만우리는이번연구를통해 잠자리가인간의기술적진보에적합하게활용할수있는예리한시야와신경처리과정을가지고있다는사실을확 인했다 고덧붙였다 Somatochlora flavomaculata 잠자리모습. Credit: David O Carroll, Lund University
7. 잠자리도사람처럼행동한다 ( 계속 ) 스웨덴-호주협동연구팀은헤미코르둘리아 (Hemicordulia) 잠자리종의뇌세포연구를통해잠자리뉴런이날아다니는먹이의비행경로를예측, 추적해이를잡아먹을수있도록한다는사실을발견했다. 이들뇌세포는복잡한배경속에서움직이는작은물체에초점을맞출수있는것으로조사됐다. 이는마치야구선수가수많은군중들을배경으로한야구경기장에서빠르게움직이는볼의경로를예측해잡아내는것과유사하다잠자리시각처리, 포유류수준으로진화 룬드대생물학과다비드오캐롤 (David O Carroll) 교수는 잠자리뉴런은뇌가받아들이는다른곤충의움직임과같은많은시각정보덩어리로부터단일목표물을골라낸다음그목표물의방향과미래위치를예측한다 고말하고, 잠자리는사람처럼물체가움직이는데따른경로를기반으로평가를한다 고설명했다 그는 달리말하면잠자리는인간이움직이는공을추적할때하는것과매우유사한방식을취한다 며, 양자의뇌는복잡성에서중요한차이가있음에도불구하고진화과정을통해포유동물에서만있는것으로생각되는고급시각처리과정이잠자리에게도주어졌다 고덧붙였다뇌에표적탐지뉴런 애들레이드대박사과정생인조셉페이비언 (Joseph Fabian) 과동료들은잠자리에서표적-탐지 (target-detecting) 뉴런들을찾아낼수있었다. 이뉴런들은추적중인움직이는물체바로앞에있는작은 초점 영역에서반응이증가하는현상을나타냈다. 만약대상이시야에서사라지면초점이확대되고, 뇌로하여금표적이다시나타날확률이가장높은곳을예측할수있게했다. 이뉴런의예측은먹이가이전에날아간경로를기반으로했다 위더만박사는 이것은흥미진진한발견으로서단일뉴런들이과거역사를바탕으로어떻게진보된예측을하는지를이해하는데도움을준다 고말했다 그는 우리연구팀은이같은연구결과가특히자율주행차량이나생체공학눈같은인공제어와시야시스템발전에실제응용될수있다고믿는다 고밝혔다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 10 초만에뇌활성화정도측정, 뇌영상데이터확보새바람출처 : 전자신문 단 10초만에뇌활성화정도를이미지로구현하는의료기기가상용화됐다. 작은헬멧하나로대당 30억원이넘는대형장비에의존했던기존뇌영상촬영환경에새바람을몰고온다 오비이랩 ( 대표정원선 ) 은뇌영상진단기 ' 널싯 ' 이식품의약품안전처로부터의료기기 2등급허가를획득했다고 26일밝혔다. 널싯은실시간뇌활동현황을태블릿PC로구현하는의료기기다. 작은헬멧을머리에쓰면 10초안에뇌활성화정도를보여준다. 헬멧에부착된레이저와디텍터가자기장을활용, 뇌산소포화도를측정한다. 실제태블릿으로구현한뇌활성화현황은산소가필요한정도에따라흰색, 노란색, 붉은색등으로표현된다. 기존단채널장비는산소포화도를수치로만제공하지만널싯은데이터를이미지로전환한다 100kg이넘는기존기능성자기공명영상 (fmri) 장비를단 400g 무게로구현했다. 모든선을없애편리함을높였다. 크기는작지만화질은픽셀당 4x4mm이다. 일반 MRI(3x3mm ) 와견줘손색이없다. 유사한근적외선분광분석기보다는 10배가까이화질이높다. 30억원이넘는 fmri를일정부분대체하는한편 1시간이상소요되는검사시간을대폭단축한다 핵심은반도체기술에있다. 장비에탑재된전용반도체는레이저와디텍터가주고받는신호를송출, 제어, 분석한다
02. 과학기술정책및산업동향 1. 10 초만에뇌활성화정도측정, 뇌영상데이터확보새바람 ( 계속 ) 휴대성을높이기위해코드분할자원접속 (CDMA), 다중안테나 (MINO) 방식을적용했다. 반도체, SW 알고리즘, 고속통신이접목돼뇌활성화측정새패러다임을연다 8년간연구개발 (R&D) 을거쳐최근식약처의료기기 2등급허가를받았다. 2등급은사용중고장이나이상으로인체에위험성은있지만생명위험이나중대한기능장애를발생시킬가능성이적은의료기기다. 작년연구용으로병원, 연구소에일부판매했다. 의료기기허가로상업적판매를본격화한다 정원선오비이랩대표는 작년부터의료기기허가를준비했는데, 최근 2등급허가를받으면서병원을대상으로판매를시작한다 며 단순연구용장비가아니라국가가인정하는의료기기가되면서신뢰성을높인다 고말했다 병원정신과계통과기립성저혈압등을치료하는내과, 수술전후뇌영상확보를위한마취과등을겨냥한다. 실시간으로산소포화도를포함한뇌활동을파악해야하는분야다. 장기적으로임상시험을거쳐뇌졸중등뇌질환연구와치료에도활용한다. 뇌영상정보를축적하고, SW 알고리즘을고도화해인공지능 (AI) 기술과접목도고려한다 정대표는 마취과, 정신과, 내과등을중심으로공급을주력할것 이라며 의료계뿐만아니라자동차등실시간뇌영상정보가필요한연구분야에도널싯을판매하겠다 고말했다
02. 과학기술정책및산업동향 2. 치매환자에게병을알려야하나 대구서신경윤리워크숍출처 : 연합뉴스 치매환자에게발병사실을알려주는게맞는걸까. 똑똑해지는약을먹고어려운시험에붙은사람은정당한것일까 한국뇌연구원은오는 28일 ' 신경과학의윤리적도전 ' 을주제로신경윤리워크숍을연다 윤리적뇌연구와치료방법을논의하고사회적공감대를모색하는자리다 과학기술정보통신부가 4차산업혁명에대비한대형뇌연구사업을본격추진하는시점에서뇌과학기술이미칠윤리적, 법적, 사회적문제를고찰한다 신경과학, 의학, 의철학, 과학철학, 법학, 심리학등학계전문가들이참여한다 김경진한국뇌연구원장은 " 오는 10월대구에서 ' 국제신경윤리서밋 ' 을앞둔만큼워크숍이신경윤리인식을높이고국제공조에필요한의제를도출하는데도움이되길기대한다 " 고말했다
감사합니다