▲ 의미있는 연구에는 절대적인 기다림의 시간이 필요하다고 강조하는 박지호 교수.

겨울철 급증하는 질환인 뇌중풍(뇌졸중) 및 급사의 주요 원인인 뇌동맥류는 하루아침에 멀쩡한 사람을 쓰러트린다. 인지 기능이 저하되는 치매 역시 뇌질환의 일종이다. 이 같은 뇌질환의 치료 가능성을 제시한 연구가 있다. 경희대학교 동서의학대학원 박지호 교수를 만나 그 내용을 들어봤다.

초음파 뇌 자극술 메카니즘 규명

최근 기초과학연구원(IBS)과 한국과학기술원(KIST), 경희대 동서의학대학원 연구팀이 저강도 초음파를 활용해 뇌 신경세포 조절 메커니즘을 분자수준으로 규명했다. 이는 그동안 관련 메커니즘이 규명되지 않은 초음파 뇌 자극술의 발전을 의미한다.

초음파 뇌 자극술은 수술이 필요 없고 안전하기 때문에 주목받고 있는 노질환 치료법이다.
따라서 박 교수의 이번 연구결과는 뇌질환 치료의 가능성을 제시했다는 평가를 받고 있다. 해당 연구결과는 2019년 10월, 국제학술지 <커런트 바이올로지(Current Biology)>에 온라인 게재됐다.

이번 연구에서 생리학적 증명을 맡은 경희대 동서의학대학원 박지호 교수는 쥐 뇌의 해마 부위를 절편으로 만들어 배양했다. 이를 다중전극기판을 활용해 전기신호를 감지해냄으로써 뇌 신경세포의 생리학적 변화를 규명했다.

이는 뇌 자극술의 작동 메커니즘을 확인하고, 실제 자극을 통해 신체의 운동능력을 개선할 수 있음을 증명한 것. 즉, 초음파만으로 뇌 질환을 치료할 가능성이 열렸다고 할 수 있다.

박 교수는 “우리는 뇌 안에서 벌어지는 여러 가지 활동을 조절해야 할 필요가 있다. 예를 들어, 신경세포의 신호 전달을 활성화해 파킨슨병의 증상을 완화하는 것처럼 말이다. 하지만, 이제까지는 금속전극을 뇌에 삽입하는 수술적인 방법밖에 없었다. 최근에서야 수술이 필요 없고 안전한 초음파 뇌 자극술이 주목받고 있지만, 관련 메커니즘이 규명되지 않은 상태였는데 이번에 이를 규명했다”고 밝혔다. 

살아있는 개체실험으로 정확성 높여

박 교수가 실험방법은 다음과 같다. 쥐 뇌의 해마부위를 절편으로 만들어 배양하고, 다중전극기판(Multi-Electrode Arrays)을 활용해 60개의 탐침으로 전기신호를 감지해내서 고감도의 신경 신호를 검출해냈다.

일반 쥐와 기계수용칼슘채널(기계적 자극으로 활성화되는 세포막 통로)인 ‘TRPA1’이 없는 녹아웃(Knock-Out) 쥐를 비교했다.

▲ 제자와 함께 실험에 집중하고 있는 박 교수. 박 교수는 이번 연구를 통해 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들’에 등재됐다.

TRPA1이 있는 쥐는 저강도 초음파에 의해 뇌 신경세포의 발화가 증가했다. 하지만 TRPA1이 없는 쥐는 이런 현상이 거의 관찰되지 않았다. 꼬리 운동능력이 개선되는 것도 확인했다.

저강도 초음파로 꼬리 움직임을 유도하는 부분을 자극한 결과 TRPA1이 있는 쥐의 꼬리 움직임은 활발했다. 반면, TRPA1이 없는 쥐는 감소했다.

이번 연구결과에 대해 박 교수는 “살아있는 개체와 유사한 환경에서 신경신호를 감지할 수 있었기에 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있었다.”고 말했다.

박 교수는 그동안 많은 의미 있는 연구에 참여했다. 특히 이번 연구를 통해 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들(한빛사)’에 등재되기도 했다.

박 교수는 이밖에 동아일보에서 발표한 '2009년~2014년 기초학문 한국인 연구자 분야별 상위 50인’가운데 약학분야에서 13위에 오르기도 했다.

박 교수는 “신경회로망의 근본적인 작동 원리는 아직 밝혀지지 않은 미지의 세계이다. 앞으로 아무도 연구해보지 않은 해당분야를 계속 탐구할 계획”이라고 밝혔다.

박 교수는 서강대학교에서 학사·석사학위를 받고, 영국 리즈대학교(Leeds University)에서 생리학 박사학위를 취득했다. 현재 경희대에서 생리학, 전기신경생리학, 고령친화산업소재개발, 바이오산업 관련 교과목을 강의하고 있다.

박 교수는 이밖에 경기도 지역협력연구센터인 경희대 글로벌의학품 소재개발 연구센터에서 난치성 질병극복을 위한 생리활성물질 연구개발을 하고 있다.