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10초간격 뇌속 도파민 측정, 파킨슨병 치료 기대

장동표 한양대 교수 연구팀, 다중사각전압 형태 전기화학 기법 활용
다중 사각파형 전압을 이용해 얻어진 반응 전류 패턴의 이미징.<사진=한국연구재단>다중 사각파형 전압을 이용해 얻어진 반응 전류 패턴의 이미징.<사진=한국연구재단>

파킨슨병이나 조현병 환자의 뇌속 도파민 농도를 실시간 측정할 수 있게 돼 치료 효과를 높일 수 있을 전망이다.

한국연구재단은 장동표 한양대 교수 연구팀이 다중사각전압 형태의 새로운 전기화학 기법을 활용해 실시간 뇌 신경전달물질 농도를 측정하고 영상화하는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

도파민은 뇌신경 세포의 흥분을 전달하는 역할을 한다. 뇌 질환의 근본 원인을 규명하고 이해하는 데 도파민은 중요한 지표가 된다.

파킨슨 병 환자의 뇌 속 도파민 양은 감소돼 있고 정신분열증으로 알려진 조현병 환자는 도파민이 과한 것으로 알려져 있다.

과거에는 미세투석법, 전류법, 고속스캔순환전환전류법 등을 이용해 뇌 신경전달물질을 측정해 왔다. 그러나 이는 실시간 변하는 도파민의 농도를 측정하는데 한계가 있었다.

연구팀은 실시간 측정을 위해 다중사각전압 형태의 새로운 전기화학법을 개발했다. 신경전달물질의 전기화학적 특성을 실시간 영상으로 구현될 수 있게 제작했다.

이는 특정한 파형을 갖는 전압을 가해주면 물질이 산화환원 반응을 일으켜 전류가 발생하는데 이를 측정하고 분석하는 원리다.

연구팀의 성과는 도파민 반응 특성을 이차원 영상으로 구현, 도파민과 화학 구조가 비슷한 다른 신경전달물질과 명확하게 구분할 수 있다. 산화환원반응을 극대화 해 생체 뇌에서 농도 0.17nM(나노몰)의 미소량 도파민을 10초 간격으로 측정 가능하다.

장동표 교수는 "이 연구는 뇌의 신경전달물질 기저 농도의 실시간 측정을 위해 개발 한 것"이라며 "뇌학학 연구 뿐만 아니라 뇌질환 환자의 치료 시스템에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 연구 의의를 설명했다.

연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다. 전기화학 분야 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics) 지난달 20일자 논문으로 게재됐다.


 
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