체내 삽입형 스트레스 호르몬 센서 개발

  • 410호
  • 기사입력 2019.01.09
  • 편집 이수경 기자

- 생명과학분야 국제학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 1월 7일자 논문 게재 -


화학공학과 김태일 교수 연구팀이 세종대학교 나노신소재공학부 최영진 교수팀과 공동으로 스트레스 호르몬 분비를 실시간으로 검지할 수 있는 호르몬 센서 시스템을 구현했다고 밝혔다. 공동 연구팀은 동물 체내에 삽입가능한 유연한 전자소자를 활용하여, 스트레스 호르몬이 분비될 때 발생하는 부신에서의 전기생리학적 신호를 검지하였고 이를 이용하면 부신의 스트레스 호르몬 (코티졸)의 간접적 측정이 가능함을 발견했다.


스트레스 상황에서 분비가 촉진되는 스트레스호르몬, 코티졸은 지속적으로 과도하게 분비될 때 직․간접적으로 많은 만성질환을 유발하고 특히 만성화되면 우울증 등의 문제점을 유발한다고 알려져 왔다. 하지만 이 코티졸 호르몬은 일상생활 환경에서도 분비가 되며, 하루 중 시간에 따라 분비량이 변하기 때문에, 특정 환경에서 코티졸이 과다하게 분비되는지를 판단하기 위해서는 이를 지속적으로 모니터링할 필요가 있다. 한편, 기존의 타액이나 혈액을 이용한 전기화학적인 측정 방법은 실시간 모니터링이 불가능하고 검지 해상도가 낮다는 한계가 지적되어 왔다.


이에 성균관대학교-세종대학교 공동연구팀은 유연한 플라스틱 기반의 전자소자를 활용하여, 부신 피질 및 수질에서 코티졸을 분비할 때 나오는 전기신호를 측정하는 시스템을 구현했다. 본 시스템은 체내에 완전히 삽입된 채로 부신에서 측정된 전기신호를 외부 측정장치로 기록하는 데 성공했다.


연구팀은 시스템을 삽입한 동물에 인위적인 스트레스를 인가하여 스트레스 자극 전후에 신호가 바뀌는 것을 기록하는 데 성공했다. 또한 본 시스템의 생체 친화성 덕분에 살아 움직이는 동물에서도 9주 이상 원만히 작동할 뿐 아니라 동물의 생존률이 매우 높았음을 보여주었다.


우리 대학 김태일 교수는 “이 연구는 살아 움직이는 동물에서 호르몬 분비 신호를 실시간으로 정량적으로 검지할 수 있는 센서 시스템을 개발한 것이다. 잘 알려지지 않은 부신에서의 호르몬 분비관련 메카니즘을 파악할 수 있는 기본 연구이며 이는 여타 다른 생체기관에서의 호르몬 조절연구가 가능해지는 파급효과를 보일 것이다”라고 연구의 의의를 설명했다.


세종대학교 최영진 교수는 “향후 의학적으로 환자 모니터링에 적용할 수 있을 뿐 아니라 검지 메커니즘을 역으로 이용한다면 간단한 전기자극을 통해 과도한 스트레스 호르몬 분비를 억제함으로써 스트레스가 질병화하는 것을 막을 수도 있을 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.


 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래유망융합기술파이오니어사업 (유해감성의 선택적 미세제어를 위한 나노공정 기반의 생체 삽입형 집적소자 개발) 생명과학분야 국제학술지 미국국립과학원회보(PNAS) 1월 7일자 논문으로 게재되었다.