2 years ago

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2016년도 기사일부발췌
https://www.theguardian.com/science/neurophilosophy/2016/mar/24/magneto-remotely-controls-brain-and-behaviour

영상
https://youtu.be/iHTpJNSNFlc

참고 영상
https://youtu.be/00sRZL11wzo

미국의 연구원들은 유전자 공학을 이용하여 멀리 떨어진 곳에서 특정 그룹의 신경 세포를 활성화시키는 자기화된 단백질을 만드는 복잡한 동물 행동과 관련된 뇌 회로를 제어하는 새로운 방법을 개발했다.

뇌가 어떻게 행동을 일으키는지 이해하는 것은 신경과학의 궁극적인 목표 중 하나이며, 뇌과학의 가장 어려운 질문 중 하나이다. 최근 몇 년 동안, 연구원들은 지정된 뉴런 그룹을 원격으로 제어하고 뉴런 회로의 작동을 조사할 수 있는 많은 방법을 개발해왔다.

이 중 가장 강력한 방법은 광유전학(optogenetics)이라고 불리는 방법으로, 연구자들이 레이저 빛의 펄스를 이용하여 관련 뉴런의 집단을 밀리초/밀리초 단위로 켜거나 끌 수 있게 한다. 최근에 개발된 또 다른 방법인 화학유전학(chemogenetics)은 설계 약물에 의해 활성화되고 특정 세포 유형을 대상으로 할 수 있는 공학적 단백질을 사용한다.

강력하지만 이 두 방법 모두 단점이 있다. 광유전학은 외과적이어서 뇌로 광 펄스를 전달하는 광섬유를 삽입해야 하며, 또한 빛이 조밀한 뇌 조직에 침투하는 범위는 심각하게 제한된다. 화학적 유전적 접근은 이러한 두 가지 한계를 극복하지만, 일반적으로 신경 세포를 활성화하는 데 몇 초가 걸리는 생화학적 반응을 유도한다.

버지니아 대학교 샬러츠빌의 알리 귈러 연구실에서 개발된 이 새로운 기술은 비외과적일 뿐만 아니라 뉴런을 빠르고 되돌릴 수 있게 활성화시킬 수 있는 학술지 네이처 뉴로사이언스(Nature Neuroscience)의 사전 온라인 출판물에 기술되어 있다.

이전의 몇몇 연구들은 열과 기계적 압력에 의해 활성화되는 신경 세포 단백질을 페리틴이라고 불리는 철 저장 단백질 또는 무기 파라자성 입자에 부착함으로써 그들이 전파와 자기장에 민감해지도록 유전적으로 설계될 수 있다는 것을 보여주었다. 이러한 방법은 예를 들어 생쥐의 혈당 수치를 조절하는 데 이미 사용되었지만 별도로 도입해야 하는 여러 구성 요소를 포함하고 있다.

이 새로운 기술은 이 초기 작업을 기반으로 하며, 온도와 스트레칭 힘 모두에 민감한 TRPV4라고 불리는 단백질을 기반으로 한다. 이러한 자극들은 중심 기공을 열어, 전류가 세포막을 통해 흐르도록 한다; 이것은 신경 자극을 유발하여 척수로, 그리고 뇌로 이동한다.

귄러와 그의 동료들은 자기 토크(또는 회전)의 힘이 그것의 중심 구멍을 잡아당겨서 TRPV4를 활성화시킬 수 있다고 추론했다. 그래서 그들은 유전 공학을 이용하여 단백질을 페리틴의 파라메자성 (물질의 자기적인 성질 가운데 자기장 속에 놓으면 자기장과 같은 방향으로 자력을 띠는 성질. 곧, 자기 유도에 따라 외부의 자기장과 같은 쪽으로 자기 모멘트를 일으키는 성질) 영역에 융합시켰고, 단백질을 신경 세포막에 삽입하여 세포를 수송하도록 신호를 보내는 짧은 DNA 서열을 사용했습니다.

이 유전자 구조를 페트리 접시에서 자라는 인간 배아 신장 세포에 도입했을 때 세포는 '마그네토' 단백질을 합성하여 세포막에 삽입했다. 자기장의 적용은 형광 현미경으로 검출된 세포내 칼슘 이온 농도의 일시적인 증가에 의해 입증된 바와 같이 조작된 TRPV1 단백질을 활성화 했다.

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관련 기술에 대한 최근 소식들

자기장으로 뇌세포 활성화하는 ‘나노 나침반’ – Sciencetimes
https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%9E%90%EA%B8%B0%EC%9E%A5%EC%9C%BC%EB%A1%9C-%EB%87%8C%EC%84%B8%ED%8F%AC-%ED%99%9C%EC%84%B1%ED%99%94%ED%95%98%EB%8A%94-%EB%82%98%EB%85%B8-%EB%82%98%EC%B9%A8%EB%B0%98/
국내 연구진, 범용형 인플루엔자 나노 백신 개발 성공 < 의료 < 뉴스 < 기사본문 - 청년의사
https://www.docdocdoc.co.kr/news/articleView.html?idxno=2012079
동물 행동 조종하는 ‘뇌세포 리모컨’ 나왔다 : 동아사이언스
https://m.dongascience.com/news.php?idx=43532
매년 변이되는 독감에도 끄떡無 '나노백신' 나왔다 < R&D·제품 < 뉴스 < 기사본문 - 헬로디디
https://www.hellodd.com/news/articleView.html?idxno=93296
강력한 ‘나노입자’ 백신이 개발되고 있다 – Sciencetimes
https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EA%B0%95%EB%A0%A5%ED%95%9C-%EB%82%98%EB%85%B8%EC%9E%85%EC%9E%90-%EB%B0%B1%EC%8B%A0%EC%9D%B4-%EA%B0%9C%EB%B0%9C%EB%90%98%EA%B3%A0-%EC%9E%88%EB%8B%A4/
자기장으로 뇌기능 원격·정밀 제어하는 나노기술 개발
https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000511/selectBoardArticle.do?nttId=19611