브래들리 박사, 뇌 활동 시각표현 가능 '형광전압센서' 개발

'파도·소나기·나비' 등 "기술 특이성 설명 위해 한국 전래동화 즐겨 읽어"

"형광전압센서 개발 통해 뇌의 작동원리 시각적 표현 목표“


KIST 뇌과학연구소 기능커넥토믹스연구단의 브래들리 베이커 박사는 연구개발성과에 순 우리말 이름을 붙인다. 5년 전 한국에서 연구활동을 시작하면서 만든 룰이다. "한국 전래동화를 즐겨읽는다"는 그는 책을 통해 혹은 지인의 도움을 받아 이름을 붙이고 있다.


"한국으로부터 지원 받아 연구를 하고 있으니 당연한 일이라고 생각한다. 한글이름이 붙여진 성과가 다양한 곳에 알려지는 일은 개인적으로도 굉장히 기쁜 일이다."


브래들리 박사는 뇌의 활동을 시각적으로 측정할 수 있는 형광탐침(형광전압센서)을 개발하고 이를 통해 뇌의 신경활동을 측정하는 연구를 한다. 그동안 개발한 형광탐침에 Sonagi(소나기), 봉우리(Bongwoori) 등 순우리말 이름을 붙였다. 



그는 "소나기는 신경세포 활성이나 세포 전기활성을 형광 단백질로 측정 반응속도가 마치 소나기처럼 빠르다는 것에서 따왔다"며 "봉우리는 탐침을 통해 측정된 광학적 신호가 마치 산봉우리모양으로 보여 따온 이름"이라고 설명했다.


최근 브래들리 박사는 'Pado(파도)'라는 새로운 형광탐침개발에 성공했다. 형광탐침을 통해 측정된 신호가 파도치는 형상에서 모티브를 얻어 붙여진 이름이다. 파도는 뇌 속 신경세포의 전기적 활동은 물론 pH(산성도) 조절 및 관찰이 가능하다. 뇌 속 산성도의 변화는 암이나 신경질환 등 질병과 연관성이 높다고 알려져 있어 뇌질환의 원인과 산성도 농도 변화와의 상관관계를 규명하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.




“완벽하지 않다? 꾸준한 연구, 新기능 발견으로 가는 길”


"파도는 사실 성공적이라고 생각하지 않았다. 특이한 성질을 갖고 있어 탐침으로 사용이 어렵다고 판단했기 때문이다. 그러나 특이한 성질은 새로운 기능 발견으로 이어졌다. 과학기술연합대학원대학교(UST) 학생과의 독자적인 연구를 통해 이루어진 성과로 그 의미가 더욱 깊고 강복음 학생에게도 감사의 인사를 전하고 싶다."


브래들리 박사의 형광탐침은 DNA로 구성돼있다. 덕분에 특정세포에만 특이적으로 형광발현이 가능, 원하는 신경계의 활동을 관찰할 수 있다. 기존에는 번거로운 전극을 사용하거나 원형질막을 물들이는 염색체를 이용해 신경계 활동을 관찰했지만 이 경우 접촉되는 세포 모두 물들어버려 특정회로를 보는 연구가 불가능했다.


그러나 DNA로 구성된 형광탐침에도 난제는 존재한다. 브래들리 박사는 형광탐침 파도의 독특한 성질 때문에 해당 연구를 지속할지 고민했었다. 탐침으로 전압을 측정하려면 전압이 바뀌는 세포 막주변에서 측정을 해야 하는데 파도는 세포 속으로 들어가 버리는 성질을 갖고 있었기 때문이다.


그는 파도의 성질을 역 이용했다. 그 결과 세포 밖에서는 전압을 측정하고 세포 안에서 산성도를 측정하고 조절하는 기능을 발견했다.


또 그는 파도를 통해 세포의 산성도에 변화를 주었을 때 단일세포가 아닌 세포와 연결된 또 다른 세포의 산성도에도 영향을 주는 것을 발견했다. 이 발견은 산성도 변화의 원리부터 크게는 산성도 변화에 따라 발생되는 뇌질환 등의 각종질병의 근본적인 원인까지도 파악이 가능하다.


그는 "세포와 연결된 또 다른 세포의 산성도가 빠져나가는 것을 확인한 것은 뇌가 연결되어있는 구조 등을 시각적으로 확인 가능하다는 것을 의미한다"며 "이 연구가 강복음 UST학생과 독자적으로 수행했기에 더 의미가 깊다"고 학생연구원에게 감사의 말을 아끼지 않았다. 


해당연구는 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports) 4월 4일자 온라인판에 게재됐다.

 

그는 독특한 특성을 가진 또 다른 탐침연구 '청개구리'연구도 진행 중이다. 청개구리는 활동성에서 신호를 보이는 것을 예측했지만 그와는 반대로 억제성을 보이는 구간에서 큰 신호를 보이는 형광탐침이다.


"너무 부정적인 이름은 좋지 않을 것 같아 고민하다 한국 전래동화에서 읽은 청개구리가 생각났다. 한국친구들에게 물어보니 참 좋은 이름이라고 하더라. 그래서 붙여지게 됐다."


청개구리는 아직 성능이 완벽하지 않지만 새로운 기능을 가져 뇌 활동성을 규명하는데 도움이 될 것으로 기대된다. 


브래들리 박사는 "뇌를 볼 때 활동성 뿐 아니라 억제성도 같이 보는 것이 중요하다"며 "청개구리는 사실 억제성을 보기 위해 개발했지만 활동성까지 발현하는 특징을 가진 탐침으로 확인됐다. 성능은 완벽하지 않지만 파도처럼 꾸준한 연구로 다른 기능을 얻을 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.




“뇌의 작동을 한 눈에…탐침개발로 궁극적 목표 달성할 것”


기능커넥토믹스연구단의 최종목표는 뇌 지도다. 즉 뇌의 기능적 회로 분석을 통해 뇌가 어떻게 작용하는지 이해하는 것이다. 


그는 "우리가 팝콘냄새를 맡았을 때 이게 왜 팝콘인지 이해하고, 노래와 대화를 구분하는 능력, 물에 들어갔을 때 차가움을 느끼다 적응하는 이유가 무엇인지 등 뇌의 작동원리를 시각적으로 보는 것이 목표"라고 말했다.


아직 갈 길이 멀지만 그는 형광탐침 개발을 통해 뇌의 활동과 세포간 연결고리를 파악하는 연구를 지속할 계획이다.


브래들리 박사는 "형광탐침에 따라 세포들의 파장의 변화는 확인됐으나 왜 일어나는지 직접적인 연결고리가 파악이 되지 않은 상태"라며 "새로운 형광탐침에서는 이유까지 밝혀내는 기능을 탑재할 계획"이라고 말했다.


이어 그는 "한국은 뇌를 자극해 신경퇴행성 질환을 치료하는 연구에 강하다. 그러나 왜 자극을 통해 치료가 가능한지는 아직 많이 밝혀지지 않았다"며 "우리 연구단은 뇌가 어떻게 작동하는지 전체적으로 하나의 지도를 만들어 연결체를 보는 것이 목표로 새로운 형광센서가 이 목표를 궁극적으로 달성할 수 있도록 하겠다"고 덧붙였다.
















Posted by KIST PR

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  1. BlogIcon 이지영 2016.04.30 16:51  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    멋쟁이 과학자님 건강하게 사시면서 연구하시는 결과 잘 이루시길 바래요^^