[과학을 읽다]NO·CO 측정…뇌전증 해법 찾는다

국내연구팀, 실시간 측정가능한 초소형 센서 개발

▲일산화질소·일산화탄소 센서 제작 과정.[사진제공=IBS]

[아시아경제 정종오 기자] 몸 안에 있는 일산화질소(NO)와 일산화탄소(CO)를 분리해 측정할 수 있는 아주 작은 센서가 개발됐습니다. 쥐의 두뇌에 삽입해 뇌전증(이른바 간질)이 일어났을 때 NO와 CO의 농도변화를 실시간으로 측정하는 데 성공했습니다. 이를 응용하면 뇌전증은 물론 뇌졸중에 대한 치료제 개발에 나설 수 있습니다.

국내 연구팀이 NO와 CO를 각각 분리해 동시에 측정할 수 있는 초소형 측정 센서를 내놓았습니다. 초소형 NO·CO 측정 센서를 활용해 쥐가 뇌전증을 일으켰을 때 두뇌에서 나타나는 NO·CO 각각의 농도 변화를 실시간으로 정확히 측정했습니다.

이번에 개발한 초소형 NO·CO 측정 센서는 NO와 CO의 완벽한 분리 측정이 가능합니다. 기존 센서보다 높은 정확도와 빠른 측정 속도를 지원합니다. 전극을 유리로 절연된 바늘 형태로 초소형화해 활용도를 높였습니다.

NO와 CO는 혈관확장, 신경 전달 등에 관여하는 신경·혈관계의 중요한 신호전달물질입니다. 우리 몸에서 NO와 CO가 제대로 생성되고 작용하지 않으면 신경·혈관계 이상이 생겨 뇌졸중, 뇌전증과 같은 뇌 질환이 발생할 수 있습니다. 그동안 NO와 CO 사이의 화학·생물학적 유사성 때문에 각각의 분리 측정이 어려워 관련 연구가 제한됐습니다.

연구팀은 전류 측정 기법을 기반으로 한 전기화학 센서에서 전극 표면의 금속과 코팅막의 종류에 따라 측정대상물질의 산화 반응 패턴이 달라진다는 점에 주목했습니다. 백금 전극 표면에 NO 센서에는 흑백금(platinum black, 검은색을 띄는 미세한 백금 분말)하고 CO 센서에는 금을 도금하고 불소계 겔성분의 코팅막을 입혀 NO와 CO의 독립적 측정이 가능해졌습니다.

연구팀은 측정 센서를 쥐의 살아있는 두뇌 조직에 직접 삽입해 해당 부위에 뇌전증 발작을 유도하고 NO·CO 농도와 뇌파(LFP, Local Field Potential) 변화를 실시간으로 살펴봤습니다. 그 결과 NO와 CO 농도의 변화 패턴은 뇌파의 변화와 일치했고 이를 통해 NO·CO 기체가 뇌신경세포의 활성과 밀접한 관련이 있음을 확인했습니다.

이번 연구는 기초과학연구원(IBS) 뇌과학 이미징 연구단(단장 김성기 성균관대 교수)의 서민아(성균관대 교수)·이영미 연구위원(이화여대 교수)이 수행했습니다.

서민아 연구위원은 "새로운 센서는 뇌신경·혈관계에서 NO·CO 기체의 실시간 변화를 정확히 측정해 두 기체의 역할과 상호작용을 밝혀내는데 기여할 것"이라며 "뇌전증 등 뇌신경질환에서 두 기체가 관여하는 신경계와 혈관계의 상호 작용을 파악해 치료법을 찾을 기회를 제공할 것"이라고 말했습니다.

연구결과는 분석화학 분야 학술지인 분석화학4)(Analytical Chemistry) 온라인판(논문명: Insertable Fast-Response Amperometric NO/CO Dual Microsensor: Study of Neurovascular Coupling During Acutely Induced Seizures of Rat Brain Cortex) 2월8일자에 실렸습니다.