치매 조기 진단 돕는 단백질 섬유화 판별 기술 개발

IBS 나노입자연구단 연구진이 치매지수를 개발했다. 사진제공=IBS

국내 연구진이 치매를 일찍 확인하는데 도움 주는 기술을 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노구조물리 연구단 이영희 단장과 연구진은 분광학을 이용해 대표적인 치매 원인 단백질인 베타아밀로이드 섬유화 진행 단계를 측정하는 데 성공했다고 6일 밝혔다. 연구진은 이를 이용하면 치매 정도를 정량화할 수 있어, 치매를 조기 진단할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

뇌에서 대사활동이 이뤄지며 노폐물이 만들어진다. 그런데 잘 배출되지 않으면 노폐물인 베타아밀로이드 단백질이 뇌신경세포 사이에 달라붙어 세포 죽이며 치매를 일으킨다. 치매는 문진으로 인지행동능력을, 방사성동위원소표지법(PET)으로 달라붙은 단백질을 확인한다. 그런데 이 방법은 증상이 상당하게 진행된 뒤에만 진단할 수 있다.

일찍 치매를 확인하기 위해 체액에서 베타아밀로이드 농도를 측정하는 방법이 연구되고 있다. 하지만 신뢰도가 낮다. 또 사람마다 농도가 달라 여러 번 채취하는 문제도 발생한다.

연구진은 치매 환자 뇌에서 섬유화한 베타아밀로이드 분자가 나온다는 사실에 주목했다. 그리고 배출 분자의 섬유화 정도를 분광법으로 구별해냈다. 정상 뇌의 베타아밀로이드 분자는 단량체 수준으로 짧다. 하지만 치매에 걸리면 베타아밀로이드 단량체가 길게 모이면서 중합체를 이룬다. 이렇게 분자가 섬유화되면 독성을 띠고 분자 내 전하 분포가 달라진다.

연구진은 단백질 전하 분포를 측정하기 위해 테라헤르츠 근접장 분광 기법을 사용했다. 파장이 적외선보다 길고 마이크로파보다 짧은 테라헤르츠 빛을 이용하면 주기적으로 변하는 광전도도를 이용해, 물질 내 전하 특성과 분포를 파악할 수 있다. 연구진은 테라헤르츠 영역 빛이 물에 잘 흡수되는 현상을 막기 위해 빛 흡수를 최소화하며, 광학 신호가 잡음을 만들지 않는 적합한 용액 두께도 찾아냈다.

실험 결과 단백질 섬유화가 진행될수록 전하가 시료 내에서 덜 움직이는 것으로 나타났다. 연구진은 실험에서 얻은 전하 분포 수치를 섬유화 정도로 바꾸고, 이를 ‘치매지수(DQ)’라고 이름 붙였다. 치매지수는 독성을 띠지 않는 단량체를 0, 독성을 띠는 피브릴 상태를 1로 정하고, 이 사이에서 섬유화 진행상태를 연속적인 수치로 나타낸다. 치매를 물리적으로 정량화한 최초 지표다.

베타아밀로이드 섬유화 정도를 단번에 측정할 수 있다. 혈액 등 다른 체액에서 배출된 베타아밀로이드 섬유화 상태를 진단할 수 있을 것으로 기대된다.

이영희 연구단장은 “단백질 섬유화를 물리적으로 이해해 치매지수 DQ를 개발하며 단백질 섬유화 단계를 규격화했다”며 “표지 단백질을 붙일 필요가 없는 간단하고 규격화된 진단법 제시로 오랜 숙제인 치매 조기 진단 가능성을 열었다”고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 ‘미국화학회 나노(ACS Nano)’ 온라인에 3월 13일 표지논문으로 게재됐다.


박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자