홍콩 연구팀, 생쥐에서 초음파·나노구조체 뇌 자극 보고

Phys.org의 보도에 따르면 홍콩이공대학 연구팀은 저강도 초음파와 공학적으로 제작된 속이 빈 실리카 나노구조체(아주 작은 속이 빈 입자)를 결합해 생쥐의 특정 뇌 부위를 자극했다. ‘Sono-mechanical nanostructures-enabled sustained precise ultrasound brain stimulation’이라는 제목의 이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. Phys.org는 홍콩이공대학 생의학공학 및 스포츠기술학과 교수이자 이 대학 비침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스 연구센터장인 레이 선이 연구팀을 이끌었다고 전했다.

보고서에 따르면 파킨슨병은 주로 도파민을 생성하는 신경세포의 점진적 소실과 관련이 있으며(도파민은 뇌의 화학적 전달물질이다), 운동을 조절하는 뇌 시스템에 영향을 미쳐 흔히 떨림, 경직, 느린 움직임, 균형 문제를 일으킨다. 현재 치료는 주로 레보도파 같은 약물에 의존하는데, 이는 특히 초기 단계에서 증상을 개선할 수 있지만 시간이 지나면 효과가 덜 일관해질 수 있다고 보고서는 밝혔다. 일부 환자에게는 뇌심부자극술(DBS)이 또 다른 선택지가 되지만, 이는 뇌 깊숙이 전극을 넣는 수술을 수반한다고 보고서는 전했다.

Phys.org에 따르면 기존의 경두개 초음파(두개골을 통해 전달되는)는 깊숙이 침투하며 비침습적으로 전달될 수 있지만, 공간 분해능이 보통 밀리미터 또는 센티미터 규모에 제한돼 작은 신경세포 집단을 선택적으로 활성화하기 어렵다. 보고서에 따르면 이전의 나노입자나 나노기포 보조 접근법은 국소화를 개선했지만, 살아 있는 조직에서의 불안정성 때문에 장기 적용에는 유용성이 제한됐다. 보고서는 선 교수팀이 사용한 속이 빈 실리카 나노구조체가 생쥐 뇌에서 9주 넘게 잔류하면서 초음파에 반응성을 유지했다고 밝혔다.

보고서에 따르면 이러한 잔류성 덕분에 유전자 변형 없이, 또 뇌에 반복적으로 투여하지 않고도 운동피질, 선조체, 복측피개영역, 시상하부핵을 포함한 표적 뇌 부위를 반복 자극할 수 있었다. 나노구조체로 표적화한 시상하부핵에 초음파를 가하자 도파민 신호가 증가했으며, 이는 이 접근법이 파킨슨병에서 영향을 받는 경로를 활성화했음을 시사한다고 보고서는 밝혔다. 보고서에 따르면 치료한 생쥐는 도파민 관련 신경세포가 더 잘 보존되는 모습을 보였고, 두 번째 파킨슨병 모델에서도 유사한 이점이 관찰됐다.

Phys.org는 이 연구를 초음파와 속이 빈 실리카 나노구조체를 이용한 만성적이고 국소적이며 최소 침습적인 신경조절(신경세포 활동 변화)의 개념 증명이라고 평가했다. 보고서는 이 방법이 이식된 전극 없이 DBS와 유사한 효과 일부를 낼 수 있다고 밝혔다. 또한 이 연구가 그러한 접근법을 실제 적용으로 옮기는 데 핵심적인 과제를 다룬다고 전했다. 보고된 결과는 생쥐에서 나온 것이며, 보고서는 인간을 대상으로 한 시험은 설명하지 않았다.