기초과학연구원(IBS) 이창준 단장 연구팀과 KAIST 허원도 교수 공동 연구팀이 빛으로 뇌 기능 및 행동을 자유자재로 조절하는 광유전학 기술인 ‘Opto-vTrap(옵토-브이트랩)’을 개발했다.
나아가 동물실험을 통해 뇌 활성 뿐 아니라 활동과 감정까지 조절할 수 있음을 확인했다.
1일 IBS에 따르면 뇌 활성 조절은 뇌 연구를 위한 필수 기술이다.
특정 상황에서 다양한 뇌세포의 기능 등 특정 상황에서 뇌 작동이 어떠한 원리로 일어나는지 밝힐 수 있기 때문이다.
하지만, 기존 뇌 활성 조절 기술은 원하는 시점에 특정 뇌세포의 활성을 자유롭게 조절하기 어려웠다.
이번에 공동연구진이 개발한 Opto-vTrap 기술은 세포 소낭을 직접 특이적으로 조절할 수 있어 원하는 시점에 다양한 종류의 뇌세포에서 이용이 가능하다.
연구진은 신경전달물질 분비를 직접 조절하고자 세포에 빛을 쪼이면 순간적으로 내부에 올가미처럼 트랩을 만드는 자체 개발 원천기술을 응용, 소낭에 적용했다.
Opto-vTrap을 발현하는 세포나 조직에 빛(청색광)을 가하면 소낭 내 광수용체 단백질들이 엉겨 붙으며 소낭이 트랩 안에 포획되고 신경전달물질 분비가 억제된다.
즉, Opto-vTrap으로 소낭의 신호전달물질 분비를 직접 제어해 뇌 활성을 자유롭게 조절하는 것이다.
연구진은 세포와 조직실험에서 나아가 Opto-vTrap 바이러스를 이용한 동물실험을 통해 뇌세포 신호전달 뿐만 아니라 기억·감정·행동도 조절 가능함을 확인했다.
Opto-vTrap을 이용하면 뇌의 여러 부위간 복합적 상호작용 원리를 밝히고, 뇌세포 형태별 뇌 기능에 미치는 영향을 연구하는 데 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
이창준 연구단장은 “Opto-vTrap은 뇌세포 뿐 아니라 다양한 세포에 이용이 가능해 활용가능성이 무궁무진하다”며 “향후 뇌 기능 회로 지도 완성 등 신경과학 분야는 물론 피부 근육 팽창 기술에도 기여할 것”이라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 뇌 과학 학술지 ‘뉴런’ 에 1일 게재됐다.
