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몸속에 센서 넣어 스트레스 실시간 모니터링한다
몸속에 센서 넣어 스트레스 실시간 모니터링한다
  • 전세화
  • 승인 2019.01.20 20:30
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성균관대‧세종대 공동 연구팀, 체내 삽입형 스트레스 호르몬 센서 개발

스트레스 호르몬 분비를 실시간 모니터링 할 수 있는 체내 삽입형 센서 시스템이 개발됐다. 한국연구재단은 김태일 성균관대 교수(화학공학부)와 최영진 세종대 교수(나노신소재공학부) 공동연구팀이 부신의 전기생리학적 신호를 검지해 스트레스호르몬인 코티졸을 간접 측정하는 체내 삽입형 전자소자를 만들었다고 밝혔다.

스트레스를 감지하면 인간의 두뇌는 부신 피질에서 스트레스 반응 호르몬인 코티졸을 분비하도록 지시한다. 신체 내부에 과도하게 분비된 코티졸은 만성 스트레스 반응을 유발해 전신에서 다양한 질환을 직접적으로 혹은 간접적으로 유발한다. 사진제공=한국연구재단
스트레스를 감지하면 인간의 두뇌는 부신 피질에서 스트레스 반응 호르몬인 코티졸을 분비하도록 지시한다. 신체 내부에 과도하게 분비된 코티졸은 만성 스트레스 반응을 유발해 전신에서 다양한 질환을 직접적으로 혹은 간접적으로 유발한다.
사진제공=한국연구재단

만성적인 스트레스를 받게 되면 뇌는 신경과 호르몬을 통해 반응하게 되는데, 특히 부신피질은 스트레스호르몬이라 불리는 코티졸을 과도하게 분비한다. 코티졸은 한번 분비되면 혈류를 따라 체내를 순환하며 전신에 장시간 영향을 준다. 이는 인체의 항상성을 붕괴시켜 심혈관계, 면역계통, 소화계통, 생식계통을 교란시키고 각종 질환을 유발한다. 상시적으로 스트레스에 노출된 현대인들이 과민성대장증후군, 위경련, 만성피로, 두통 같은 질환을 달고 사는 이유다.

하지만 현재의 기술로는 스트레스호르몬의 분비상황을 실시간 모니터링하기 어렵다. 또, 침이나 땀으로 얻을 수 있는 수치와 실제 수치와는 큰 차이가 난다. 김태일 교수와 최영진 교수 연구팀은 내분비기관 세포에서 이온 흐름이 발생하며 호르몬이 분비된다는 것을 밝히고 이때 전기생리학적 신호가 발생한다는 것을 확인했다.

이를 바탕으로 연구팀은 반도체 공정을 이용해 수 마이크로미터(µm) 두께의 유연한 전기생리 센서를 제작해 살아 있는 쥐의 부신에 삽입했다. 그리고 전기생리학적 반응 신호를 기록하는데 성공했다. 개발된 센서는 생체 친화적이어서 살아 움직이는 동물의 몸속에 넣었을 때 9주 이상 안정적으로 작동했으며, 동물의 생존율도 매우 높았다.

최영진 교수는 “의학적으로 환자 모니터링에 적용할 수 있을 뿐 아니라 검지 과정을 역이용하면 간단한 전기 자극을 통해 스트레스가 질병화하는 것을 막을 수 있을 것”이라고 설명했다.

김태일 교수는 “여타 다른 생체기관의 호르몬 조절 연구까지 파급효과를 보일 것”이라고 밝혔다. 스트레스호르몬 외에 뇌하수체, 이자도세포, 생식세포 등의 호르몬조직 역시 호르몬을 분비할 때 전기생리신호를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 전기생리신호를 통해 생성되는 호르몬들은 항상성 유지에 핵심적 역할을 하며, 이 호르몬들의 이상은 많은 내분비계 질환의 주요 원인이 된다. 이번에 개발된 전기생리적 호르몬 센서는 정밀한 신호를 검지할 수 있어 각종 호르몬 기관에서 임상적 적용과 연구에 이용할 수 있다. 이에 따라 내분비 기관 연구에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부?한국연구재단 미래유망융합기술 파이오니어 사업 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)' 1월7일자 논문으로 게재됐다.
 


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