기초과학연구원(IBS)은 인지 및 사회성 연구단 인지 교세포과학 그룹 이창준 단장 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST), 경희대학교 동서의학대학원과 공동으로 저강도 초음파 (LILFU)에 의한 신경세포 조절 메커니즘을 규명했다고 4일 밝혔다.
 
뇌심부자극술은 금속 전극을 이용한 전기 자극으로 뇌 활동을 자극하거나 방해하는 시술로 도파민의 분비가 멈춰 발생하는 파킨슨병의 경우 뇌심부자극술을 통해 신경세포의 신호 전달을 활성화시켜 증상을 완화할 수 있다.
 
그러나 뇌심부자극술은 금속 전극을 뇌 깊숙이 삽입하는 수술이 필요하다는 한계가 있어 최근 수술이 필요없고 안전한 초음파 뇌자극술이 주목받고 있다.

하지만 초음파에 의한 신경세포 조절 메커니즘도 아직까지 명확히 규명되지 않았다.
 
이번 연구진은 이러한 제한점을 해결하기 위해 초음파에 의한 신경세포 조절이 별세포(astrocyte)의 기계수용칼슘채널 TRPA1(transient receptor potential ankyrin-1) 단백질에서 시작됨을 확인하고 비침습적 방식인 초음파 뇌자극술의 작동 메커니즘을 규명했다.
 
연구과정을 보면 TRPA1이 있는 쥐와 TRPA1이 없는 쥐를 각각 준비한 후 저강도 초음파에 의한 신경세포 발화(neuron firing) 정도를 관찰했다.
 
여기에서 TRPA1가 있는 경우 저강도 초음파에 의해 신경세포 발화가 증가한 반면 TRPA1가 없으면 신경세포 발화가 거의 관찰되지 않았다.
 
또 저강도 초음파 뇌 자극술로 쥐의 꼬리 운동능력을 개선하는 데도 성공했다.
 
이 연구결과에 의하면 TRPA1이 있는 쥐는 꼬리 움직임이 활발한 반면 TRPA1이 없는 쥐는 꼬리 움직임이 감소했음을 확인했다.

특히 별세포의 TRPA1이 저강도 초음파 센서 역할을 해 꼬리가 움직이도록 함을 개체 수준에서 관찰했다.
 
이창준 단장은 “초음파의 센서 역할을 하는 유전자를 각종 뇌질환 치료에 적용하는 연구와 더불어 초음파유전학(ultrasonogenetics)으로 발전시키는 후속 연구를 할 계획”이라고 말했다.
 
이 연구는 커런트 바이올로지(Current Biology, IF 9.193)에 10월 4일 게재됐다.