국내 연구진이 인간 장과 뇌, 혈관을 하나로 연결하는 3차원 생체 칩을 통해 치매 등 신경퇴행성 질환 가설인 '장-뇌 축' 이론을 실험적으로 규명했다. 13일 성균관대학교에 따르면, 동대학 양자생명물리과학원(IQB) 및 생명물리학과 조한상 교수 연구팀은 하버드 의과대학 및 UC 버클리의 루크 리 교수팀과 공동으로 인간의 장, 혈관, 뇌를 하나로 연결한 3차원 미세생체모사 플랫폼(hGBV)을 개발했다. 이를 통해 연구팀은 장과 뇌 사이의 양방향 신호 전달이 어떻게 신경염증과 치매 같은 신경퇴행성 질환으로 이어지는지 그 경로를 실험적으로 규명하는 데 성공했다. 최근 과학계에서는 장내 미생물과 염증 상태가 뇌 기능에 영향을 미친다는 '장-뇌 축' 이론이 주목받고 있다. 그러나 기존 실험 모델은 장과 뇌 사이의 복잡한 상호작용과 그 사이를 잇는 혈관 시스템을 충분히 구현하지 못해 실제 질병이 발생하는 과정을 정밀하게 관찰하는 데 한계가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 미세한 관으로 장, 혈관, 뇌 구획을 연결한 3차원 플랫폼을 구축했다. 이 시스템은 인간의 장 상피 세포, 미세혈관 구조, 그리고 신경세포와 성상세포가 포함된 뇌 조직을 통합하여 실제 인체의 순환 시스템을 모사했다. 연구팀은 이 플랫폼을 이용해 두 가지 핵심 경로를 확인했다. 먼저 '장→뇌' 경로에서는 장에 세균 독소(LPS 등)를 주입했을 때, 장벽과 혈관벽이 차례로 무너지며 독소가 뇌로 침투하는 것을 확인했다. 이 과정에서 뇌 조직 내 신경염증이 발생하고, 알츠하이머 치매의 주요 원인 중 하나인 '타우(p-tau) 단백질'이 축적되는 현상을 재현했다. 또한 '뇌→장' 경로에서 뇌 구획에 알츠하이머나 파킨슨병 관련 자극을 주었을 때, 뇌의 염증 신호가 역으로 혈관을 타고 내려가 장벽 기능을 망가뜨리는 '피드백' 현상을 발견했다. 이는 뇌 질환이 단순히 뇌만의 문제가 아니라 전신 장벽(혈관·장)의 건강을 동시에 악화시킬 수 있음을 보여주는 중요한 증거라는 게 연구팀 측 설명이다. 조한상 성균관대 교수는 “이번 연구 성과는 장-뇌-혈관 축을 표적하는 신경 및 위장 질환 연구에서 치료 전략을 평가할 수 있는 강력한 전임상 도구가 될 것"이라며 “동물 실험을 대체하거나 보완하여 신약 개발의 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다. 본 연구 결과는 세계적인 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 7일 온라인 게재되었으며, 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 치매극복연구개발사업(KDRC) 및 중소벤처기업부 등의 지원을 받아 수행됐다. 박주성 기자 wn107@ekn.kr

2026-02-13 17:52 박주성 기자 wn107@ekn.kr

성균관대학교 융합생명공학과 박우람 교수 연구팀이 방사선에 반응해 암세포를 공격하는 '방사선 활성화형 지질 나노입자(RaLNP)'를 개발했다고 27일 밝혔다. 이번 연구는 단순한 약물 운반체에 불과했던 기존 '지질 나노입자(LNP)'의 한계를 뛰어넘어, 전달체 자체가 암세포를 공격하는 '능동적 치료제'로 진화시켰다는 점에서 차세대 방사선 치료의 새로운 패러다임을 제시했다는 평가다. LNP는 코로나19 팬데믹 당시 메신저리보핵산(mRNA) 백신 등을 통해 널리 알려진 약물 전달 기술로, 핵심 성분인 콜레스테롤은 mRNA를 감싸는 LNP 자체의 안정적인 구조와 형태를 유지하는 역할을 한다. 박우람 교수 연구팀은 이 콜레스테롤을 방사선에 반응하여 활성산소를 증폭하는 물질인 '7-디하이드로콜레스테롤(7-DHC)'로 대체하는 혁신적인 전략을 세웠다. 이를 통해 방사선을 쬐는 특정 부위에서만 입자가 활성화되어 치료 효과를 극대화할 수 있는 토대를 마련했다. 연구팀이 개발한 RaLNP는 암세포를 스스로 죽게 만드는 '페롭토시스' 현상을 강력하게 유도한다. 페롭토시스는 과도한 활성산소에 의해 세포막의 지질이 산화되어 세포가 사멸하는 현상이다. RaLNP는 구체적으로 두 가지 공격 전략을 동시에 펼친다. 우선, 암세포가 활성산소로부터 자신을 보호하기 위해 사용하는 'GPX4'라는 방패(유전자)를 무력화하는 물질(siRNA)을 암세포 내부로 전달한다. 이와 함께 입자를 구성하는 7-DHC 성분이 방사선과 만나 활성산소를 대폭 증폭시켜 암세포에 치명적인 타격을 입힌다. 연구팀은 유방암을 이식한 실험쥐를 대상으로 효과를 검증했다. RaLNP를 투여하고 방사선을 조사한 결과, 암 조직의 성장이 눈에 띄게 억제되었을 뿐만 아니라 면역세포(수지상 세포, T세포)의 활성화를 유도하는 것으로 나타났다. 이러한 면역 반응과 함께 폐나 간으로 암세포가 퍼지는 전이 현상도 현저히 감소했다. 이는 방사선 치료가 면역 반응과 연계돼 전신 항암 효과로 확장될 가능성을 시사한다. 그동안 방사선 치료의 효율을 높이기 위해 사용되던 '방사선 민감제'들은 전신 독성을 나타내거나 부작용을 일으키는 경우가 많아 실제 환자에게 적용하기 어려웠다. 그러나 이번에 개발된 RaLNP는 방사선이 없는 상태에서는 독성을 띠지 않는 비활성 상태를 유지하다가, 정밀하게 조준된 방사선을 만날 때만 강력한 항암 효과를 발휘한다. 이는 환자가 겪을 수 있는 부작용을 획기적으로 줄이면서도 치료 효과는 극대화할 수 있는 새로운 대안이 될 것으로 기대된다. 성균관대 박우람 교수는 “이번 연구는 수동적인 약물 전달체였던 지질 나노입자를 방사선에 의해 활성화되는 능동적인 치료제로 진화시킨 중요한 도약"이라며 “앞으로 난치성 암 환자들의 방사선 치료 효과를 높이고, 전이암까지 효과적으로 억제할 수 있는 차세대 치료 플랫폼 기술로 활용되기를 바란다"고 연구의 의의를 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단, 범부처재생의료기술개발사업, 한국기초과학지원연구원의 지원을 받아 수행됐으며, 생체재료 분야의 세계적 권위지인 '바이오머티리얼즈(Biomaterials)'에 지난 12일 온라인 게재됐다. 박주성 기자 wn107@ekn.kr

2026-01-27 16:50 박주성 기자 wn107@ekn.kr

국내 연구진이 살아있는 뇌 세포에서 분비되는 도파민을 실시간 탐지하는 나노센서 플랫폼을 개발했다. 30일 성균관대학교는 동대학 글로벌바이오메디컬공학과 김태형 교수 연구팀이 살아있는 줄기세포 유래 신경세포와 3차원 중뇌 오가노이드(장기유사체)에서 방출되는 도파민을 실시간으로 정밀하게 측정할 수 있는 전기화학 플랫폼 'SIDNEY'를 개발했다고 밝혔다. 최근 현대 과학계에서는 줄기세포를 활용해 인간의 장기와 유사한 조직을 만드는 오가노이드 기술이 뇌 질환 연구와 신약 개발의 핵심 모델로 주목받고 있다. 특히 도파민을 생성하는 신경세포 모델은 파킨슨병이나 조현병과 같은 난치성 질환 연구에 필수적이다. 그러나 기존에는 세포가 실제 도파민을 제대로 방출하는지 확인하기 위해 세포를 파괴하거나 복잡한 화학 물질을 처리해야만 했다. 이로 인해 살아있는 상태 그대로의 변화를 실시간으로 관찰하는 데에는 큰 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 나노 기술을 접목한 혁신적인 전극 구조를 설계했다. 연구팀이 개발한 SIDNEY 플랫폼은 수직으로 정렬된 금 나노 기둥(나노필라) 위에 금 나노 입자를 이중으로 쌓고, 그 표면을 '꿈의 소재'라 불리는 그래핀으로 정교하게 감싼 구조를 가지고 있다. 이 특수 전극은 전기 전도성이 뛰어날 뿐만아니라, 특정 분자만을 선택적으로 감지하는 능력이 탁월해 뇌 속의 복잡한 환경에서도 도파민의 신호를 명확하게 잡아낼 수 있다는 게 연구팀 설명이다. 연구 결과에 따르면, SIDNEY 플랫폼은 실제 뇌 환경과 유사한 조건에서 아주 미세한 양의 도파민(7.51 nM)까지 검출해낼 수 있는 높은 민감도를 보였다. 이는 기존 평면 전극보다 수십 배 향상된 성능이다. 또한 구조가 비슷해 구분이 어려운 세로토닌이나 노르에피네프린 같은 물질 사이에서도 도파민만을 정확하게 골라내어 검출하는 데 성공해 생체 내 환경에서의 실용성을 입증했다. 연구팀은 이번 연구의 가장 큰 성과로 2차원 세포 모델을 넘어, 실제 뇌 구조와 유사한 3차원 중뇌 오가노이드에 이 기술을 적용했다는 점을 들었다. 단일 오가노이드 수준에서 세포가 성숙해짐에 따라 도파민 방출량이 늘어나는 과정을 실시간으로 확인했다는 성과다. 이는 세포를 죽이지 않고도 오가노이드가 얼마나 잘 성장했는지, 혹은 질병에 의해 기능이 얼마나 저하되었는지를 정량적으로 평가할 수 있음을 의미한다고 연구팀은 전했다. 한국연구재단의 나노 및 소재기술개발사업, 개인기초연구사업 및 범부처재생의료기술개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구 성과는 재료 과학 분야의 세계적 권위지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 지난 14일자로 게재됐다. 김태형 교수는 “이번에 개발한 SIDNEY 플랫폼은 도파민 관련 신경 질환의 병태 생리를 깊이 있게 이해하는 데 새로운 가능성을 제시할 것"이라며 “향후 파킨슨병 치료를 위한 신약 후보 물질을 대량으로 선별하고 그 효능을 평가하는 정밀 스크리닝 도구로 활용될 것으로 기대한다"고 밝혔다. 박주성 기자 wn107@ekn.kr

2025-12-30 16:18 박주성 기자 wn107@ekn.kr