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기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 나노의학 연구단 천진우 단장(연세대 교수. 사진)과 이재현 연구위원(연세대 고등과학원 교수) 연구팀은 자기장을 이용해 뇌의 운동신경을 무선(wireless) 및 원격(remote)으로 정밀 제어하는 ‘나노 자기유전학(nano-magneto-genetics) 기술’을 개발했다.
연구진은 자기장에 감응하여 토크 힘 (5 pN)을 발생하는 ‘나노나침반’을 개발했다. 나노나침반의 토크 힘은 뇌세포의 피에조-1 (Piezo-1) 이온 채널을 개방하여, 뇌신경 신호 전달이 가능하다. 살아있는 동물(쥐)의 경우 나노나침반을 우뇌의 운동 신경 부위에 주입한 후 자기장을 가했을 때, 칼슘 이온이 세포 내로 유입되어 원하는 부위의 운동 능력을 촉진하였다. 이에 따라 쥐의 왼발 운동신경이 활성화되어 반시계 방향으로 운동하며, 운동능력이 약 5배 향상했다. 즉, 나노나침반이 자기수용체 (magneto-receptor)로 작용하여, 뇌세포의 활성 제어가 가능함이 살아 움직이는 동물에서 증명된 것이다.
연구진이 개발한 자기유전학 장치는 MRI장비와 같은 크기(중심지름 70 cm)에서도 구동이 가능하며 사람의 뇌나 전신에 25mT(밀리 테슬라)의 자기장을 전달할 수 있다. 자기장은 침투력이 높기 때문에 파킨슨병, 암과 같은 난치병 치료에 활용될 것으로 기대된다.
천진우 단장은 "나노 자기유전학은 원하는 세포를 유전공학으로 선택해 무선(wireless)·원격(remote)으로 뇌 활성을 제어하는 연구 플랫폼이 될 것"이라며 "뇌의 작동 원리 규명과 질환 치료 등 뇌과학의 새로운 지평을 열 것으로 기대한다"고 전했다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 1월 29일 01시(한국시간) 게재됐다.
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