AI 기반 알츠하이머 광원치료법 개발‥치매 진행 속도 늦춰

해마세포 손상 억제 및 기억력 증진 단백질 발현 유도해

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광원치료법(=포토바이오모듈레이션)을 이용하여 손상된 해마의 기억력을 증진시킬 수 있다는 연구결과가 나왔다.

계명대학교 의과대학 의용공학과 이종하 교수팀(허진철 책임연구원, 박지애 학생, 박은빈 대표)과 유전학교실 김대광 교수는 특정한 스펙트럼의 빛을 조사하면 산화스트레스로 인해 손상된 해마세포의 생존율을 높이고 기억력을 증진시키는 단백질인 BDNF(Brain-Derived Neurotrophic Factor)의 발현이 증가된다는 것을 밝혀냈다.
           
해마에서 생성되는 BDNF는 신경세포의 분화와 기억력을 증진시키는 단백질로서, 노화가 진행될수록 산화스트레스 등에 의해 손상되고 생성이 감소하는 것으로 알려져 있다. 이러한 BDNF는 알츠하이머에 영향을 미치는 중요 단백질로, 알츠하이머 신약개발의 주요 물질로 주목되고 있다. 알츠하이머병은 신경세포 손상에 의한 기억력 감퇴로 나타나는데, 아직까지 완치법이 없어 진행속도를 늦추는 것이 매우 중요하다. 최근 약물 치료의 대안으로 바이오메디컬기기를 활용한 새로운 치료법이 제시되고 있다.

이종하 교수팀은 포토바이오모듈레이션 센서를 이용하여 BDNF의 발현을 유도했다. 특히 AI(인공지능)에 BDNF 발현과 빛의 스펙트럼 간의 상관관계를 학습시키고, 이를 바탕으로 최적의 치료 효과를 얻기 위해서는 어떤 매개변수로 센서를 설계해야 하는지 AI가 알아내도록 만들었다. 연구팀은 쥐의 해마 조직에서 AI 기반의 빛의 스펙트럼을 이용한 세포 손상 억제를 확인했으며, BDNF 발현의 유효성과 관련 메커니즘도 밝혀냈다.

연구결과는 세계적 학술지인 네이처의 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 최신호에 게재됐다.

이종하 교수는 "이번 연구결과는 정체되어 있는 알츠하이머 신약개발의 새로운 대안을 제시한 것으로, AI와 포토바이오모듈레이션 기반의 알츠하이머 치료기술에 대한 기틀을 마련했다"며, "이러한 연구는 전 세계적으로 매우 초기단계이기 때문에 이번 연구결과로 기술의 선점은 물론 고부가가치를 창출하고 뇌세포 손상에 대한 바이오메디컬기기 신시장을 개척할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편, 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 및 산업통상자원부·KIAT 지원으로 수행됐으며, 연구팀은 계명대학교 의용공학과 학생창업기업인 인셉션랩(대표 박은빈, 2016년 의용공학과 졸업)과 함께 연구결과를 바탕으로 한 기술 상용화도 시작할 예정이다.
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