미국 스탠퍼드대 의대 영상의학과, 신경과, 신경과학과, 신경외과, 정신과 및 행동과학과, 발달생물학과, 생물물리학과, 재료과학과 공동 연구팀은 뇌출혈로 발생한 신경 독성 잔해물을 저강도 초음파 치료로 효과적으로 제거할 수 있다고 12일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 11월 11일 자에 실렸다. 혈액세포나 각종 체내 노폐물이 뇌에 축적되면 염증을 유발하고 신경세포를 손상할 수 있다. 이런 신경 독성 잔해물의 축적은 뇌졸중, 뇌진탕, 치매 같은 질병과도 밀접하게 연관된다. 연구팀은 생쥐에게 뇌출혈과 뇌졸중을 유발한 뒤 저강도 초음파 시술을 했다. 그 결과 초음파 치료를 받은 쥐들은 치료받지 않은 쥐들보다 뇌 염증과 신경세포 손상이 눈에 띄게 줄었다. 특히 뇌내출혈을 일으킨 생쥐 중 초음파 치료를 받은 생쥐들은 생존율, 증상 완화, 행동 테스트 등에서 더 나은 결과를 보였다. 또 초음파 치료를 받은 생쥐들이 더 오래 살았고 뇌부종이 줄었으며 체중 회복도 좋았고 방향 전환 능력, 근력 테스트에서도 높은 점수를 보였다.

국내 연구진이 외과 수술 같은 환자 부담을 줄이고도 간단히 머리에 쓰는 것만으로도 뇌졸중을 치료할 수 있는 기술을 제시해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구센터 연구팀은 모자나 머리띠처럼 간단하게 착용해 뇌졸중 치료를 할 수 있는 무선 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 개발했다고 20일 밝혔다. 이번 연구결과는 의공학 분야 국제학술지 ‘IEEE 의생명공학처리기술’(IEEE Transactions on Biomedical Engineering)에 실렸다. 뇌졸중은 뇌혈관이 막히거나 터져셔 뇌에 산소와 영양소 공급이 부족해 뇌조직 대사에 이상을 일으켜 운동장애, 감각장애, 언어장애, 기억상실 같은 증상을 일으키는 뇌혈관질환의 일종이다. 심할 경우 사망에 이르고 사망하지 않더라도 신경장애를 일으키는 경우가 많다. 뇌졸중 환자의 뇌신경 재활을 위해 운동요법이나 뇌신경자극 같은 다양한 기술이 개발되고 있다. 저강도 집속초음파 자극기술은 수술 없이 초음파를 원하는 뇌부위에 정확하게 쪼임으로써 신경세포를 활성하거나 억제하는 신경손상 질환 재활 치료기술로 주목받고 있다. 그렇지만 기존 초음파 뇌 자극기는 무겁고 고정돼 있는 경우가 많아 사용에 한계가 있었다. 이에 연구팀은 약 20g의 가벼운 착용형 저강도 집속초음파 뇌 자극기를 개발했다. 연구팀은 이번 개발된 기술을 뇌졸중을 유발시킨 뇌에게 착용시키 뒤 운동능력의 변화를 관찰했다. 연구팀은 뇌에서 운동관장 부분에 426㎪(킬로파스칼) 압력의 초음파를 가했다.그 결과 사용 3일 후 초음파 치료를 하지 않은 생쥐와 비교했을 때 운동능력이 눈에 띠게 향상됐으며 재활 7일 후에는 정상쥐와 비슷한 운동능력을 갖는 것이 확인됐다. 김형민 KIST 박사는 “이번 연구는 외과 수술 없이 초음파 기기를 간단하게 착용하는 것만으로도 뇌신경 재활이 가능하다는 것을 보여줬다”라며 “추가 연구를 통해 초음파 자극을 통해 신경조절의 분자적, 세포적 메커니즘을 밝혀 안전성과 치료효과를 보완하는 작업이 필요하다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 뇌졸중 환자의 재활치료에 초음파를 이용하는 방법을 개발해 주목받고 있다. 한국과학기술연구원(KIST) 의공학연구소 바이오닉스연구단 김형민 박사팀은 낮은 강도의 초음파로 뇌를 자극해 운동기능을 담당하는 소뇌를 활성화시키고 이를 통해 뇌졸중에 의한 뇌신경 손상을 치료하고 마비증상을 치료할 수 있다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 신경학 분야 국제학술지 ‘신경재활과 개선’ 최신호에 실렸다. 미국 신경재활학회에 따르면 매년 전 세계 1500만명 정도가 뇌졸중을 앓게 되는데 이 중 3분의 1은 사망에 이르고 또 다른 3분의 1은 영구적인 장애를 갖된다. 특히 뇌졸중으로 인한 행동 장애는 삶의 질 자체를 좌우하게 되기 때문에 뇌졸중에서 재활치료는 매우 중요하다. 더군다나 뇌에는 혈액-뇌 장벽이 있어 약물을 뇌에 직접 주입하기도 쉽지 않다. 연구팀은 급성 뇌졸중의 경우 병변 부위와는 떨어져 있지만 기능적으로 연결돼 있는 소뇌에서 혈류와 대사저하가 관찰된다는 기존 연구들에 착안했다. 연구팀은 뇌졸중을 유발시킨 생쥐를 대상으로 낮은 강도의 집속 초음파로 소뇌를 자극시켰다. 그 결과 마비 증상을 보인 양쪽 앞다리에서 자극에 의한 움직임이 나타났으며 신경이 작동할 때 나타나는 전류를 검출했다. 연구팀은 4주 동안 지속적으로 초음파 자극을 한 생쥐들의 경우 초음파 자극을 받지 않은 생쥐보다 마비증상이 완화되고 운동능력이 향상된 것을 관찰했으며 뇌부종도 감소되는 것을 확인했다. 주사나 침으로 뇌 부위를 직접 자극하는 기존의 침습적 방법과는 달리 이번에 개발한 기술은 수 ㎜ 단위의 국소적 영역까지 선택적으로 자극할 수 있다느 장점이 있다. 김형민 KIST 박사는 “이번 연구를 통해 뇌신경 재활에 있어서 새로운 치료기법을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라며 “다만 초음파 뇌자극 기술의 안전성 확보를 위해 사람의 뇌졸중과 유사한 동물모델을 통한 추가 검증과 장기 추적 연구가 필요하다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr