빛으로 뇌를 치료하다: 광유전학의 혁신과 미래

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"빛으로 뉴런 조작해 정신질환 치료…뇌 전극 삽입 뉴럴링크와는 달라"

 

광유전학이란?

광유전학은 전극 없이도 뇌 속 신경세포(뉴런)를 정밀하게 조작할 수 있는 기술로, 중추신경계와 관련된 질환 치료의 판도를 바꿀 혁신적인 방법으로 주목받고 있습니다. 이 기술은 바다에 사는 녹조류에서 유래한 청색광 반응 단백질 ‘채널로돕신(Channelrhodopsin)’을 활용하여 뉴런을 빛으로 조절하는 방식으로 작동합니다.

칼 다이서로스 교수와 광유전학의 발전

미국 스탠퍼드대의 칼 다이서로스 교수는 2005년 최초로 광유전학 기술을 발표했습니다. 처음에는 단순한 ‘신기한 단백질’로 여겨졌던 채널로돕신이 포유류 세포에서도 작동할 수 있도록 연구를 진행했으며, 다양한 중추신경계 질환 치료에 적용할 가능성을 밝혀냈습니다. 이후, 채널로돕신의 작동 메커니즘을 규명하는 연구들이 ‘네이처’, ‘셀’ 등 저명한 학술지에 게재되며 세계적인 주목을 받았습니다.

광유전학의 활용: 정신질환 치료의 새로운 가능성

광유전학은 정신질환 치료에 두 가지 방식으로 접근할 수 있습니다.

1. 직접적 접근: 빛에 반응하는 단백질 ‘옵신’을 신경세포에 발현시켜 뉴런을 조절하는 방법
2. 간접적 접근: 광유전학을 이용해 타깃 세포를 규명한 후, 약물 치료로 활용하는 방법

특히 조현병, 알츠하이머병 등의 치료에서 특정 뉴런만 선택적으로 작용할 수 있어 부작용을 줄일 수 있는 신약 개발이 가능할 것으로 기대됩니다.

비침습적 광유전학 기술의 발전

초기 광유전학 기술은 뇌 깊숙한 부위에 광섬유를 삽입해야 하는 침습적인 방식이었지만, 최근 다이서로스 교수 연구팀은 표면에 빛을 비추기만 해도 뇌 깊은 곳의 뉴런을 자극할 수 있는 고감도 채널로돕신을 개발하는 데 성공했습니다. LED를 이용해 신경을 자극하는 방식으로 발전하면서, 수술 없이도 광유전학 치료를 받을 수 있는 길이 열리고 있습니다.

뉴럴링크와의 차이점

광유전학은 자주 뉴럴링크와 비교되는데, 두 기술은 근본적으로 다른 접근 방식을 가집니다.

• 뉴럴링크: 뉴런의 활동을 읽어내어 신체 움직임을 제어하는 ‘기록 기술’
• 광유전학: 뉴런 자체를 조작하여 질환을 치료하는 ‘행동 기술’

즉, 뉴럴링크가 신호를 읽어내는 역할을 한다면, 광유전학은 뉴런의 기능을 직접 변경하여 질환을 치료하는 방식입니다.

광유전학의 실제 치료 적용 사례

광유전학 기술은 인간 시각장애 환자의 치료에 적용되어 긍정적인 결과를 얻었습니다. 뇌의 구조와 기능을 더 깊이 이해할수록 광유전학의 적용 범위는 더욱 넓어질 것으로 예상됩니다.

미래 연구 방향: ‘지각’ 연구와 신경질환 치료

다이서로스 교수는 광유전학 연구 외에도 ‘지각’과 관련된 새로운 연구를 진행하고 있습니다. 그는 뇌가 실제 본 것을 인식하는 것이 아니라 기대하고 예측한 대로 지각한다는 점에 주목하며, 조현병과 같은 질환에서 이러한 정보 전달의 왜곡이 어떻게 발생하는지를 연구하고 있습니다.

한국과의 인연, 그리고 젊은 과학자들에게 전하는 메시지

다이서로스 교수는 한국과도 깊은 인연을 맺고 있으며, 그가 양성한 한국 출신 연구자는 80여 명에 달합니다. 그는 한국 과학계가 ‘퍼스트무버’로 도약하기 위해서는 위험 감수와 도전하는 문화가 필요하다고 강조했습니다.

그는 젊은 과학자들에게 “실패할 가능성이 높더라도 의미 있는 질문이면 시도해야 한다”고 조언하며, 과학 연구에서 도전과 혁신의 중요성을 다시 한번 강조했습니다.

 

광유전학 기술은 단순한 연구를 넘어, 실제 치료 기술로 빠르게 발전하고 있습니다. 이 혁신적인 기술이 앞으로 인류의 건강과 삶의 질을 얼마나 크게 변화시킬지 기대해볼 만합니다.