[Nature Metabolism 논문 캡처. 재판매 및 DB 금지]
美 연구팀 "뇌에 초음파 쏴 동면 반복 유도…의학·우주여행 등 활용 전망"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = SF영화에서는 우주비행사가 우주선 캡슐 속에서 동면 상태로 있다가 목적지에 도착해 깨어나는 장면이 자주 등장한다. 유인 화성 탐사를 앞두고 이것이 실제 가능한지 관심이 높은 가운데 쥐 머리에 초음파를 쏴 동면 상태를 안전하게 반복 유도할 수 있다는 연구 결과가 나와 주목된다.
미국 세인트루이스 워싱턴대(WUSL) 홍 천 교수팀은 26일 과학저널 '네이처 신진대사'(Nature Metabolism)에서 초음파 펄스를 생쥐와 쥐의 뇌 특정 부위에 쏴 동면 상태를 안전하게 가역적으로 유도하는 데 성공했다고 밝혔다.
연구팀은 이 방법은 머리 위에 초음파 방출기를 장착하는 비침습적 방식으로 초음파를 쏴 뇌의 신경 세포를 일시적으로 활성화해 체온을 낮추고 신진대사를 늦출 수 있다며 향후 의학이나 장거리 우주 비행에 응용될 수 있을 것이라고 말했다.
동면 상태는 포유류가 에너지를 절약하기 위해 신진대사를 억제하고 체온을 낮추는 등 체내 각종 생명현상의 진행을 늦춘 상태로 중추신경계(CNS)에 의해 제어되는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 이 연구에서 외부에서 쏜 초음파가 두개골을 통과해 뇌 특정 부위에 도달할 수 있다는 점과 동물의 신경세포를 활성화할 수 있다는 점에 착안해 자유롭게 움직이는 생쥐 머리에 장착할 수 있는 초음파 방출기를 개발했다.
이어 동면을 조절하는 것으로 알려진 뇌 영역인 시상하부 시각 교차 앞 구역(hypothalamus preoptic area)에 10초간 초음파 펄스를 쏘면서 몸의 변화를 관찰했다.
그 결과 수컷과 암컷 모두 체온이 즉각적으로 3~3.5℃ 떨어지고 심박수가 감소했으며 산소 소비량도 감소한 것으로 나타났다. 초음파 펄스를 멈추자 이 쥐들은 2시간 안에 정상을 완전히 회복했다.
이어 체온이 상승하기 시작하면 초음파를 반복적으로 조사하는 자동 시스템과 초음파 방출기를 결합해 실험한 결과 생쥐들은 최대 24시간 동안 동면 상태가 유지됐으며 이 과정에서 어떤 손상도 발생하지 않는 것으로 나타났다.
연구팀은 이 실험에서는 생쥐들의 체온 저하 효과가 평균 1~2℃ 정도에 그쳤지만, 이는 쥐 12마리를 대상으로 한 것으로 이 기술이 자연 상태에서는 동면하지 않는 동물에서도 효과가 있다는 것으로 증명하는 것이라고 설명했다.
이어 이 결과는 동면하지 않는 포유류에도 체내 대사 반응을 조절하는 생리적 과정이 있다는 것을 시사한다면서 다만 이 방법을 인간에게 안전하게 적용할 수 있는지 조사하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 밝혔다.
연구팀은 또 신진대사를 늦추고 체온을 낮추는 비침습적이고 가역적인 이 기술을 의학 분야에서 응급 상황이나 급성 중증질환이 발생했을 때, 또는 미래의 장거리 우주여행 등에 적용될 수 있을 것이라고 덧붙였다.
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