생체 내 일산화질소·일산화탄소 실시간 측정센서 개발

IBS 서민아·이영미 연구위원 "뇌 신경질환 치료 연구에 기여"

일산화질소/일산화탄소 센서 제작 과정. 일산화질소/일산화탄소 듀얼 센서는 두 기체를 분리할 수 있도록 센서 안에 두 가지 다른 금속(금과 백금)을 사용하고 불소계 겔 성분의 코팅막을 씌워서 제작된다. 표면을 금으로 씌운 쪽(WE1)에는 일산화탄소, 백금으로 씌운 쪽(WE2)에는 일산화질소가 반응, 각 기체를 분리 측정할 수 있다. <<IBS 제공>>

쥐의 대뇌 피질에 센서를 위치시킨 모식도. 센서를 이용한 기체의 실시간 측정을 위해 쥐의 대뇌 피질 세포층에 전극으로 간질 발작을 일으킨다. 간질 발작 시 일산화질소와 일산화탄소 기체의 농도가 변화하게 되는데, 센서를 이용해 순간의 변화들을 실시간으로 측정해 낼 수 있다. <<IBS 제공>>

IBS 서민아·이영미 연구위원 "뇌 신경질환 치료 연구에 기여"

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 생체 내에서 신경·혈관계 신호전달물질로 작용하는 일산화질소(NO)와 일산화탄소(CO)를 분리해 동시에 측정할 수 있는 초소형 NO/CO 측정 센서를 국내 연구진이 개발했다.

기초과학연구원(IBS)은 4일 뇌과학이미징연구단 서민아 연구위원(성균관대 교수)·이영미 연구위원(이화여대 교수) 연구진이 초소형 NO/CO 측정 센서를 개발, 살아 있는 쥐가 간질 발작을 일으킬 때 두뇌에서 나타나는 NO/CO의 농도 변화를 실시간으로 정확히 측정하는 데 성공했다고 밝혔다.

NO와 CO는 혈관 확장, 신경 전달 등에 관여하는 신경·혈관계의 중요한 신호전달물질로 NO와 CO가 제대로 생성되고 작용하지 않으면 신경·혈관계에 이상이 생겨 뇌졸중, 간질 같은 뇌 질환이 발생할 수 있다.

하지만 NO와 CO는 화학적·생물학적 유사성 때문에 각각을 동시에 분리해 측정하기가 어려웠다.

연구진은 전류 측정 기법을 기반으로 한 전기화학 센서에서 전극 표면의 금속과 코팅막의 종류에 따라 측정 대상물질의 산화반응 패턴이 달라진다는 데 착안해 NO와 CO를 동시에 정확히 측정할 수 있는 초소형 NO/CO 측정센서를 개발했다.

센서의 끝 부분을 두 개의 관으로 나누고 한쪽에는 NO를 측정할 수 있는 흑백금(platinum black)을, 한쪽에는 CO를 측정할 수 있는 금을 도금한 다음 불소계 겔성분의 코팅막을 입혀 NO와 CO를 독립적으로 동시에 측정할 수 있게 했다.

연구진이 이 측정 센서를 살아 있는 쥐의 두뇌 조직에 직접 삽입하고 해당 부위에 전기자극을 줘 간질 발작을 유도한 다음 NO/CO 농도와 뇌파(LFP) 변화를 실시간으로 측정한 결과 NO와 CO 농도의 변화 패턴은 뇌파의 변화와 일치하는 것으로 확인됐다.

서민아 연구위원은 "이 센서는 뇌신경·혈관계에서 일산화질소·일산화탄소 기체의 실시간 변화를 정확히 측정, 두 기체의 역할과 상호작용을 밝혀내는 데 기여할 것"이라며 "특히 간질 등 뇌신경질환에서 두 기체가 관여하는 신경계와 혈관계의 상호 작용을 파악해 치료법을 찾을 기회를 제공할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 분석화학 분야 국제학술지인 '분석화학'(Analytical Chemistry, 2월 8일자) 온라인판에 게재됐다.

scitech@yna.co.kr

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