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치매 원인 '단백질 섬유화' IQ처럼 측정한다

IBS, 나노구조물리 연구단 분광학 이용
베타-아밀로이드의 섬유화 단계 지수화(DQ)
연구단이 발명한 '치매지수(DQ)'  (왼쪽) 뇌에서 신경세포 밖으로 배출되는 치매 단백질 베타-아밀로이드(Aβ42). (오른쪽) 베타-아밀로이드의 섬유화 단계를 0과 1사이의 값인 치매지수 (Dementia quotient, DQ)로서 구분했다.<사진= IBS>연구단이 발명한 '치매지수(DQ)' (왼쪽) 뇌에서 신경세포 밖으로 배출되는 치매 단백질 베타-아밀로이드(Aβ42). (오른쪽) 베타-아밀로이드의 섬유화 단계를 0과 1사이의 값인 치매지수 (Dementia quotient, DQ)로서 구분했다.<사진= IBS>
치매 원인 단백질의 섬유화 정도를 수치화 해 치매 증상 발현 전 조기 진단이 가능해 질 것으로 기대된다.

IBS(기초과학연구원·원장 노도영)는 이영희 나노구조물리 연구단장과 연구진이 분광학을 이용해 치매 원인 단백질인 베타-아밀로이드(Aβ42)의 섬유화 진행 단계를 측정하는데 성공하고 치매 진단의 새로운 지표로 제시했다고 6일 밝혔다.

뇌에서는 대사활동의 부산물로 상당량의 노폐물이 생긴다. 배출이 잘 이뤄지지 않으면 노폐물인 베타-아밀로이드(Aβ42) 단백질이 뇌신경세포들 사이에 쌓여 세포를 죽이면서 치매가 발병한다.

치매 증상이 나타나면 문진으로 인지행동능력을, 방사성동위원소표지법(PET)으로 뇌내에 쌓인 단백질 침착을 확인하게 된다.  하지만 이는 증상이 상당히 진행된 상태에서만 진단이 가능하다.

이에 따라 조기진단을 위해 체액에서 베타-아밀로이드의 농도를 측정하는 방법이 연구되고 있으나 혈액은 상태에 따라 측정 신뢰도가 낮고, 뇌척수액도 정상 상태일 때의 베타-아밀로이드 농도가 사람마다 달라 뇌척수액을 여러 번 채취하는 추적검사가 필요했다.

연구진은 치매 환자의 뇌에서 서로 응집해 섬유화 된 베타-아밀로이드 분자가 배출되는 것에 착안, 배출된 분자의 섬유화 정도를 분광법으로 구별하고자 실험을 계획했다. 연구진은 단백질의 전하 분포를 측정하기 위해 테라헤르츠 영역의 빛을 시료에 쪼이고 시료를 통과한 신호들의 파형 차이를 비교했다.

물에 잘 흡수되는 테라헤르츠 영역의 빛 특성상 생체 시료 용액을 사파이어 판 사이에 얇게 펴 빛 흡수를 최소화 했다. 또 반사된 광학 신호가 잡음을 만들지 않도록 적합한 용액 두께를 찾는 등 최적화된 시스템으로 용액의 광전도도를 측정했다.

실험 결과 단백질 섬유화가 진행될 수록 전하가 시료 내에서 덜 움직이는 것으로 나타났다. 연구진은 실험에서 얻는 전하 분포 수치를 섬유화 정도로 변환하고 이를 '치매지수(Dementia Quotient, DQ)'로 명명했다. 치매지수는 독성을 띠지 않는 단량체를 0, 독성을 띠는 피브릴 상태를 1로 구분하고 이 사이의 섬유화 진행상태를 연속적인 수치로 나타냈다.

연구진에 의하면 주변 용액에 관계없이 베타-아밀로이드의 섬유화 정도를 단번에 측정할 수 있어 뇌척수액 뿐 아니라 혈액 등 다른 체액에서 배출된 베타-아밀로이드의 섬유화 상태를 진단할 수 있다.

공동교신저자인 이영희 연구단장은 "이번 연구로 단백질 섬유화를 물리적으로 이해해 IQ, EQ와 같은 치매지수 DQ를 개발하고, 단백질 섬유화 단계를 규격화했다"며 "표지 단백질을 붙일 필요가 없는 간단하고 규격화된 진단법을 제시한 것으로, 기초융합연구를 통해 생물물리 분야의 오랜 숙제인 치매 조기 진단의 가능성을 열었다"고 말했다.

연구결과는 미국화학회(American Chemical Society)가 발행하는 나노융합분야 국제 학술지인 ACS Nano (IF 14.695)에 지난달 13일자 온라인 게재됐으며 표지로 채택됐다.
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