기초과학연구원(IBS) 인지 및 사회성 연구단 이창준 단장 연구팀과 한국과학기술원(KAIST) 허원도 교수는 1일 특정 신경세포에 빛 자극을 줘 뇌 기능과 행동을 조절하는 광유전학 기술인 '옵토 브이트랩'(Opto-vTrap)을 개발했다고 밝혔다.

뇌의 활성은 신경세포 등과 같은 뇌세포들이 서로 신호를 주고받으며 조절되는데, 이 같은 작용은 뇌세포 내 '소낭' 안에 담긴 신경전달물질 분비를 통해 이뤄진다.

세포 내 막에 둘러싸인 지름 50nm(나노미터 = 10억분의 1m) 내외의 작은 자루 모양 구조물인 소낭이 뇌 활성을 조절하는 사령관인 셈이다.

연구진은 신경전달물질이 분비되는 것을 직접 조절하기 위해 세포에 빛을 쪼이면 순간적으로 내부에 올가미처럼 트랩을 만드는 기술을 적용했다. 

세포나 조직에 빛(청색광)을 가하면 소낭 내 광수용체 단백질들이 엉겨 붙으면서 소낭이 트랩 안에 사로잡히고, 신경전달물질 분비도 억제된다. 

소낭의 신호전달 물질이 분비되는 것을 직접 제어해 뇌 활성을 자유롭게 조절하는 것으로, 이 기술은 원하는 시점에 다양한 종류의 뇌세포에 적용할 수 있다.

기존 방식은 세포 주변 환경의 산성도를 변화시키거나 원하지 않는 다른 자극을 유발하는 등 사용에 한계를 보였다.

연구진은 동물실험을 통해 뇌세포 신호전달뿐만 아니라 기억·감정·행동도 조절할 수 있는 사실을 확인했다.

이 기술을 이용하면 뇌 여러 부위 간 복합적 상호작용 원리를 밝히고, 뇌세포 형태별 뇌 기능에 미치는 영향을 연구하는 데 유용할 것으로 연구진은 기대하고 있다.

이창준 연구단장은 "뇌세포뿐만 아니라 다양한 세포에도 이용할 수 있어 활용 가능성이 무궁무진하다"며 "향후 뇌 기능 회로 지도 완성, 뇌전증 치료 등 신경과학 분야는 물론 근육 경련·피부 근육 팽창 기술에도 기여할 것으로 본다"고 말했다.

이번 연구 결과는 뇌 과학 학술지 뉴런(Neuron, IF:17.173)에 1일 오전 1시 게재됐다.