실시간 뇌 속 도파민 농도 측정기술 개발

신경전달물질 측정기반 폐회로 뇌조절 기술 개발 가능성 높여 

파킨슨병이나 조현병 환자의 도파민 농도를 실시간 측정할 수 있는 기술이 개발됏다. 한양대학교 장동표 교수 연구팀이 전기화학기법을 이용해 실시간 뇌 신경전달물질 농도 측정 기술을 개발했다고 한국연구재단이 13일 밝혔다.

도파민은 뇌신경 세포의 흥분을 전달하는 역할을 한다. 뇌 질환의 근본 원인을 규명하고 이해하는 데 있어 도파민은 중요한 지표이다. 파킨슨병 환자의 뇌 속 도파민 양은 감소되어 있고, 정신분열증으로 알려진 조현병 환자는 도파민이 과다하다고 알려져 있다.

과거에는 미세투석법*, 전류법, 고속스캔순환전압전류법* 등을 이용해 뇌 신경전달물질을 측정해왔다.

그러나 이 방법은 시시각각 변하는 도파민의 농도를 실시간 측정하는 데 한계가 있었다.

도파민 농도의 실시간 측정을 위해 다중사각전압 형태의 새로운 전기화학법을 개발하고, 신경전달물질의 전기화학적 특성을 실시간 영상으로 구현될 수 있게 제작했다.

특정한 파형을 갖는 전압을 가해주면 물질이 산화환원반응을 일으켜 전류가 발생하는데, 이를 측정하고 분석하는 원리이다. 도파민의 반응 특성을 이차원 영상으로 구현함으로써, 도파민과 화학 구조가 비슷한 다른 신경전달물질과의 구분을 명확하게 할 수 있다.

특히 산화환원반응을 극대화해 생체 뇌에서 농도 0.17nM(나노몰)의 미소량의 도파민을 10초 간격으로 측정할 수 있게 되었다.

장동표 교수는 “이 연구는 뇌의 신경전달물질 기저농도의 실시간 측정을 위해 개발한 것이다”라며, ”뇌과학 연구 뿐만 아니라 뇌질환 환자의 치료 시스템에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다“라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었다.

전기화학 분야 저명한 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors & Bioelectronics) 8월 20일자 논문으로 게재되었다.

◆용어설명
*미세투석 : 미세 탐침을 머리에 삽입해 뇌 속 체액의 화학물질을 채취하여 물질의 농도를 측정함. 최소 10분 이상 소요됨.

*속스캔순환전압전류법 : 삼각형 전압 파형을 이용해 물질의 산화환원 전류를 획득하는 기법. 그러나 도파민의 농도 변화량을 측정할 수 있고, 농도 직접 측정이 어려움.

다중 사각파형 전압을 이용해 얻어진 반응 전류 패턴의 이미징

실험동물에서의 생체 내 도파민 농도의 측정

[e-mail] 조석장 기자