생체내 NO·CO 측정 기술 개발...'뇌질환 연구에 활용'

생체 내에서 일산화질소(NO)와 일산화탄소(CO)를 각각 분리해 동시에 측정할 수 있는 초소형 센서를 국내 연구진이 개발했다. 신경 혈관계에 핵심적인 역할을 하는 NO·CO를 정확히 측정하는 기술을 활용해 향후 뇌질환 치료 연구에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 뇌과학 이미징 연구단 서민아 연구위원(성균관대 교수), 이영미 연구위원(이화여대 교수)이 NO/CO 측정 센서를 개발했다고 4일 밝혔다.

쥐의 대뇌 피질에 센서를 위치시킨 모식도

NO와 CO는 혈관확장, 신경 전달 등에 관여하는 신경, 혈관계의 중요한 신호전달 물질로 우리 몸에서 NO와 CO가 제대로 생성되고 작용하지 않으면 신경 혈관계 이상이 생겨 뇌졸중, 간질과 같은 뇌 질환이 발생할 수 있다. 그동안 NO와 CO간의 화학적, 생물학적 유사성 때문에 각각의 분리 측정이 어려워 관련 연구가 제한돼 왔다. 연구팀은 전극 표면의 금속과 코팅막의 종류에 따라 산화 반응 패턴이 달라짐에 착안하여, NO와 CO 측정 전극에 각각 다른 금속(백금과 금)을 사용하고, 두 전극에 불소계 크세로겔이라는 코팅막을 도입해 마감 처리했다. 이로써 물리·화학적 성질이 매우 비슷해 분리 측정하지 못했던 NO와 CO를 완벽히 분리해 동시 측정할 수 있는 센서를 개발할 수 있었다. 개발된 센서는 기존 센서보다 정확도와 측정 속도에서 모두 앞서 있으며 전극을 유리로 절연된 바늘 형태로 초소형화 해 활용도를 높였다.

연구진은 측정 센서를 살아있는 쥐의 두뇌 조직에 직접 삽입해 해당 부위에 간질 발작을 유도하고 NO·CO 농도 및 뇌파(LFP) 변화를 실시간으로 측정했다. 그 결과 NO와 CO 농도의 변화 패턴은 뇌파의 변화와 일치했고, 이를 통해 NO·CO 기체가 뇌신경세포의 활성화와 밀접한 관련이 있음을 확인했다.

서민아 연구위원은 “새로운 센서는 뇌신경·혈관계에서 NO·CO 기체의 실시간 변화를 정확히 측정, 두 기체의 역할과 상호작용을 밝혀내는데 기여할 것”이라며 “특히 간질 등 뇌신경질환에서 두 기체가 관여하는 신경계와 혈관계의 상호 작용을 파악해 치료법을 찾을 기회를 제공할 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 분석화학 분야 세계적 학술지인 분석화학(Analytical Chemistry) 온라인판에 2월 8일자에 게재됐다.