남기표 KIST 인공지능연구단 선임연구원 [과학라운지] “당신은 사람을 죽인 적이 있습니까?” “네.”, 당황하는 수사관들. “당신은 남편 임호신을 죽였습니까?”, “아니요.” 영화 ‘헤어질 결심’ 가운데 인상 깊었던 거짓말 탐지기 장면이다. 거짓말 탐지기는 영화나 드라마에서 경찰이 범죄 용의자를 신문하는 장면에서 단골메뉴로 등장한다. 우리가 알고 있는 거짓말 탐지기의 공식 명칭은 ‘폴리그래프’이고, 사람들이 거짓을 진술할 때 평소와는 다른 신체적인 반응을 보인다는 점을 활용해 호흡, 맥박 등의 생체 신호 반응 그래프로 진실 여부를 판단한다. 안면 이미지를 분석해 표정을 인식하는 기술 연구는 지속적으로 이뤄졌다. AI 기술의 급격한 발전이 이루어지면서 AI를 기반으로 영상에 나타난 대상자의 표정, 미세한 떨림 등을 바탕으로 감정 상태를 파악하는 연구도 활발하다. 이 같은 기술 발전에도 불구하고 감정 인식은 여전히 난해한 분야 가운데 하나로 꼽힌다. 감정이 가장 크게 표출되는 신체 기관은 얼굴이지만, 얼굴 표정이 모든 감정을 대변하는 것은 아니기 때문이다. 한 사람의 감정을 정확히 판단하기 판단하기 위해서는 현재 얼굴 정보뿐만 아니라 얼굴 내의 미세한 근육의 움직임, 동공의 크기 변화 등 자율 신경계 반응 정보도 함께 활용되어야 한다. KIST는 사람의 감정을 판단하기 위해서 안면 영상에서 다양한 특징을 분석할 수 있는 AI 기반 생체 신호 감지 기술을 개발하고 있다. 앞서 언급한 얼굴 표정과 더불어 눈 깜빡임 빈도, 동공의 움직임 속도, 시선의 방향 등 다양한 정보를 추출해 이를 신호화하고, 분석하는 연구다. 영상을 통한 비접촉식 심박수 추출 기술과의 융합을 통해 신체의 내적 생체 신호와 얼굴로 표출되는 외적 생체 신호를 종합적으로 활용하는 고성능 감정 판단 기술 설계도 진행 중이다. 이런 기술을 토대로 범죄 수사에서 용의자의 신문뿐만 아니라 출입국 심사 시 밀반입을 시도하려는 대상자를 선별하거나 보이스피싱 피해자 감지 및 예방 등 다양한 방식으로 활용 가능하다. 한 발 더 나아가 대상자의 감정 상태에 적합한 맞춤형 서비스 제공이나 스마트 홈 등 다양한 플랫폼에서도 활용할 수 있는 매력적인 기술이다. 물론 지금의 AI 기반의 생체 신호 감지 기술은 CCTV 등과 같은 일상생활 환경이 아닌 표준화된 상태에서만 작동할 수 있어서 궁극적인 설루션이 아닌 보조 자료로 활용될 가능성을 제시하는 수준이다. 하지만 기술을 성숙시키는 과정과 함께 범죄 수사 등에서 더 적극적인 활용을 통해 실증 데이터를 쌓아간다면 사회 안전망의 핵심적인 기술로 발전할 수 있을 것이다. 출처 : 조선경제(링크)

김형준 KIST 차세대반도체연구소장 트랜지스터가 개발된 지 75년이 훌쩍 넘었지만 우리는 여전히 비슷한 작동 원리의 트랜지스터로 디지털 컴퓨터를 만들고, 안정적인 0과 1에 기반한 디지털 비트 또한 변함없이 사용하고 있다. 이처럼 컴퓨팅 분야는 언뜻 보아서는 획기적인 변화 없이 점진적인 발전을 하고 있는 것처럼 보인다. 최근에는 양자 중첩 현상에 기반한 양자비트, 즉 큐비트(qubit)를 활용한 양자컴퓨터가 실험실 수준에 벗어나 IBM, 구글, 인텔 등 거대 IT 기업들을 필두로 상용화 혹은 매우 복잡한 계산을 통한 실용적 문제 해결의 가능성을 활발히 모색 중이다. 우리에게 익숙한 0과 1의 디지털 비트와 달리 0과 1의 상태가 동시에 존재할 수 있는 양자컴퓨터의 큐비트는 0 또는 1을 가질 수 있는 확률로 존재하지만 측정하는 순간 0 또는 1의 한 가지 상태만 갖게 된다. 이러한 양자적 현상이 양자 알고리즘과 결합하면 기존 컴퓨터로는 풀기 어려웠던 문제들을 해결할 수 있다. 하지만 이를 완전히 이해하고 실생활에 도움이 되는 수준까지 도달하기에는 긴 시간의 연구개발이 필요해 보인다. 0과 1의 상태가 동시에 존재하는 비트를 상상하기는 어렵지만 시간에 따라 0과 1의 상태가 변하는 비트를 생각하는 건 어렵지 않다. 동전 던지기를 하면 앞면 또는 뒷면이 나올 확률이 각각 50%이듯 이러한 확률은 우리가 일상생활에서 자주 사용하는 개념이다. 하지만 이런 불안정한 비트로는 정보를 안정적으로 저장해야 하는 저장매체는 커녕 디지털 컴퓨터로도 사용하기 어렵다. 하지만 최근에 이러한 무작위 비트를 바탕으로 새로운 방식의 컴퓨팅이 제안되었고 이를 '확률론적 컴퓨팅'이라고 한다. 과학자들은 수많은 무작위 비트를 활용해 수많은 경우의 수를 탐색해야 하는 최적화 문제, 암호학, 머신러닝, 인공지능(AI), 생물학, 화학, 물리학 등 다양한 분야의 난제를 해결하고자 한다. 이미 특정 문제에 대해서는 현재 알려진 가장 빠른 알고리즘의 성능에 필적하거나 그것을 뛰어넘는 성능을 보여주고 있어서 전 세계가 그 놀라운 가능성에 주목하고 있다. 확률론적 컴퓨팅의 급격한 발전 속도는 적절한 알고리즘의 개발과 더불어 그것이 갖고 있는 물리적 장점에 기인한다. 무작위 비트는 우리가 이미 사용하고 있는 다양한 첨단 반도체 소자에서 어렵지 않게 찾아볼 수 있고, 그 특성은 대부분 상온에서 안정적으로 관찰할 수 있다. 바로 이 부분이 새로운 방식의 컴퓨팅 기술로 발전할 무한한 가능성을 보여주고 있다. 극저온에서도 막기 힘든 잡음과 그로 인한 오류 정정 문제로 활용 가능한 비트 수를 쉽게 늘리지 못하는 양자 컴퓨터와는 차별화되는 장점이라 할 수 있다. 또한 초전도체, 광자 등 기존 반도체 공정에서 사용되지 않는 물질을 필요로 하는 양자컴퓨팅과 달리 확률론적 컴퓨팅은 기존 반도체 공정 프로세스와 메모리 반도체에 사용되는 물질을 사용한다는 점도 기술개발의 속도를 빠르게 할 수 있는 측면에서 매우 유리하다. 따라서 확률론적 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅을 동시에 개발하고 연구하는 것은 우리가 마주하는 다양한 문제에 대한 더 넓은 범위의 선택지와 상호 보완적인 해결책을 제공할 수 있다. 양자 컴퓨터가 그러하듯 확률론적 컴퓨터도 우리가 사무실이나 가정에서 사용하는 범용 컴퓨터로 발전하기에는 많은 제약조건을 갖고 있기 때문에 특정 영역에서 뛰어난 성능을 발휘하는 컴퓨터로 활용하는 것이 목적이다. 예를 들면, 서울과 같은 대도시의 교통신호등 체계를 최적화하여 교통 흐름을 더욱 원활하게 하거나 미래에 등장할 드론과 플라잉택시와 같은 도심항공교통이 안전하게 최적 경로를 실시간으로 찾는데 활용될 수도 있을 것이다. 그러기 위해서는 최적화된 소자, 회로, 알고리즘 개발 등이 함께 필요하다. 확률론적 컴퓨터는 이제 막 시작 단계인 차세대 컴퓨팅으로 기초 연구를 통해 필요한 하드웨어와 소프트웨어의 통합적 원천기술을 선도적으로 개발해야 한다. 다양한 차세대 컴퓨팅 기술 개발이 한창인 지금 적극적인 투자가 이루어진다면 초창기 기술의 선점효과 뿐만 아니라 관련 지식재산권 확보와 나아가 기술패권 경쟁 시대의 훌륭한 자산으로서 발전 가능성이 기대된다. 출처 : 머니투데이(링크)

- KIST, 질병관리청과 위기대응을 위한 양해각서(MOU) 체결 - 감염병 예측의 중요성 및 국제협력 강화를 위한 국제심포지엄 개최 한국과학기술연구원(원장 윤석진, 이하 KIST)과 질병관리청(청장 지영미)은 감염병 위기 대비 과학적 대응을 강화하기 위해 양해각서(MOU)를 체결하고, 그 시작을 알리는 국제심포지엄을 8월 1일(화) 14시부터 서울 포시즌스호텔에서 개최한다. 본 행사에는 KIST와 질병관리청의 관계자가 참석해, 감염병 위기 상황으로부터 국민건강 보호에 필요한 대응을 위한 공동의 노력을 기울이기로 합의했다. 이번 협력 양해각서에 따라 KIST와 질병관리청은 ▲다학제적 공동연구, ▲정책 제언 및 기술지원, ▲과학기반 감염병 대응 연구, ▲연구 협의체 설치 등의 협력을 추진할 예정이다. 양 기관은 양해각서 체결에 이어, 감염병 예측·최적 정책 마련 및 다양한 분야의 과학 기반 감염병 대응 필요성 등을 위해 국내외 전문가와 함께 과학적 근거 기반 신종감염병 대비･대응을 위한 국제 심포지엄을 개최한다. 이번 심포지엄은 총 2부로 구성되며, 1부에서는 ‘감염병 위기 대응을 위한 과학 기반 연구의 활용과 중요성’에 대해 발표*하고, 2부에서는 KIST와 질병관리청의 과학의 감염병 적용 연구를 비롯해 국내 전문가 패널토의가 진행**된다. * (1부 발표) 영국 보건안전청(UKHSA), 미국 국립보건원(NIH), 세계은행, 중국 저장대 (Zhejiang University) ** (2부 패널토의) 감염병 유행 예측의 최신 기술 동향과 발전방향, 방역 당국의 활용 방안 및 정책 반영, 예측모델링의 제도적 근거 등 다학제 주제 논의 영국 보건안전청 최윤홍 수석연구원은 “과학 기반의 모델링은 감염병 확산을 예측하고 방역정책의 장단기적 효과를 분석하며, 효율적이고 투명한 정책 결정의 과학적 근거를 제시할 수 있다”라고 말하며, 새로운 신종감염병 대응을 위한 예측모델링의 중요성을 강조했다. 윤석진 KIST 원장은 “코로나19와 같은 감염병의 위협을 효과적으로 대응하기 위해서는 객관적인 데이터를 기반으로 한 과학적인 방역정책 설계가 중요하다”라며 “KIST는 정책 최적화 계산, 역학조사 고도화, 치료제 및 백신 연구 등 과학기술적 해법을 제시해 국민들께서 신뢰할 수 있는 감염병 대응 수립에 앞장서겠다”라고 밝혔다. 지영미 질병관리청장은 “코로나19 바이러스 자체의 가변적인 특성과 정책 변화에 따른 사회적 행태 변화로 인해 정확한 예측이나 중장기 전망에 한계가 있으므로, 과학기술과 감염병 예측을 융합․활용하고 전문가들과의 지속적인 협업체계 구축이 필요하며, 이번 심포지엄은 국내외 예측 전문가분들과 공동연구 및 협력 네트워크 구축에 대해 논의할 수 있는 장을 마련한 것에 대해 의미가 큼”을 강조했다. 또한, “앞으로도 다분야 전문가분들과 긴밀하게 협력하여 다가올 감염병 위협으로부터 국민의 건강과 안전을 지키기 위해 과학적 기술을 기반으로 방역 정책을 수립하는 데 최선을 다하겠다”라고 밝혔다. 양 기관은 “이번 MOU와 심포지엄을 시작으로 상시적인 공동연구 수행·정례 발표회를 통한 연구성과 도출과 위기 시 전문연구진의 비상대응체계 신속동원 등의 협력체계를 구축 운영해 나가겠다”라고 밝혔다. [사진 1] (좌) 지영미 질병관리청장과 (우) 윤석진 KIST 원장이 MOU 서명 후 기념 촬영을 하고 있다 [사진 2] 팬데믹 대비 과학적 방역 및 위기 대응 심포지움에 참석한 관계자들이 단체 기념 촬영을 하고 있다

KIST 매년 실험동물 위령제 통해 생명 존중 되새겨 오가노이드 활용 등 본격 연구, 실험동물 희생 줄인다 화장품, 의약품 독성 테스트를 위해 한해 많은 동물들이 희생되고 있다. 농림축산검역본부 조사에 따르면 지난 2021년 우리나라 실험동물 사용량은 488만 마리로 집계됐다. 전해 대비 17.8%나 증가한 수치로 매년 늘어나는 추세다. 실험동물 희생을 줄여야 한다는 영국 동물실험 반대협회에 의해 4월 24일 세계 실험동물의 날이 제정됐다. 이에 많은 연구소가 4월이 되면 위령제를 갖고 연구개발에 희생된 동물의 넋을 기린다. KIST 연구자들도 지난 4월 연구동물자원센터 내에서 위령제를 가졌다. KIST는 2002년 실험동물실 운영 이후 2004년부터 위령제를 지내고 있다. 센터의 우지완 선임전문원은 "연구를 하다보면 사용하는 실험동물에 대해 무감각해질 수 있다"며 "위령제를 통해 내가 하는 연구에 적합한 동물을 사용하는지, 적당한 수의 동물을 사용해 오·남용하고 있지 않은지, 실험동물을 다루는데 있어 필요한 기술을 갖추고 있는지에 대해 생각할 수 있는 기회를 제공하고 있다. 연구원들이 생명의 소중함, 실험동물에 대한 존중을 가졌으면 하는 마음"이라고 설명했다. 작지만 특별한 KIST 연구동물자원센터 KIST는 2000년 신경과학센터 신설을 계기로 실험동물실을 설치했다. 연구를 위해 각 실험실에서 마우스를 키우기도 했지만, 실험동물 숫자가 늘고, 실험동물 관련법 등이 제정되며 적절한 시설과 환경 마련 중요성에 따라 실험동물실을 따로 갖췄다. 현재 200여 평의 공간에 일반정상생쥐, 유전자변형생쥐, 면역결핍생쥐 등 마우스와 토끼, 기니피그 등 다양한 실험동물을 키운다. 마우스는 약 1만 5,000마리로 전체 95%를 차지한다. 우지완 선임전문원은 "마우스는 인간과 유전자가 80% 닮아있고, 한 세대가 2~3년으로 매우 짧아 노화 연구나 의약품 효능검증 등 연구에 적합하다"고 설명했다. 실험동물들이 생활하는 공간은 체계적으로 관리된다. 29종 병원균에 대해 정기적인 미생물 모니터링을 시행하고 있다. 오염원 유입 방지를 위해 3중 필터를 적용한 전외기 공기조화시스템, 멸균기, 살균기, 개별순환케이지시스템을 구축하고 있다. 1만5천여마리의 동물들이 생활하는 청정동물시설 상황을 확인할 수 있는 시스템. 청정도 유지 및 건강한 사육을 위해 평일, 주말 할 것 없이 연구원들이 근무를 하고 있다. 센터에 들어가면 제일 먼저 보이는 것이 대형 모니터다. 케이지에서 생활하는 실험동물들을 CCTV로 한눈에 볼 수 있고, 시설, 방수, 방음, 환경, 온도, 조도 등이 규제에 맞게 운영되는지 들여다 볼 수 있다. 이상 변화가 생기면 센터 관계자들에게 자동으로 연락되는 24시간 알림시스템도 운영 중이다. 동물에 직접 닿는 물건이나 먹이는 모두 멸균해 제공한다. 실험동물이 생활하는 이 공간은 밤이 되면 불이 꺼지고 습도 50%, 22도를 항상 유지하는 등 체계적으로 관리하고 있다. KIST 연구동물자원센터는 연세대학교(약 2천 700평)와 한국생명공학연구원 오창 분원(약 1천 평) 규모와 비교하면 작지만 유전자변형 마우스 보유수가 많다는 특징이 있다.(1만 5,000마리 중 1만 2,000마리가 유전자변형마우스) 유전자변형 마우스는 특정 유전자를 제거하거나 변형한 쥐로 유전자 기능 이해 및 질병과의 연관관계 등을 연구할 수 있다. 우 선임전문원에 따르면 유전자, 단백질, 세포 수준 연구부터 뇌종양, 암, 치매와 같은 질환 그리고 인공장기, 줄기세포 연구, AI 신경망과 같은 대체 장기분야까지 폭넓은 연구지원이 가능하다. 또 다른 특징은 연구에 필요하지 않은 유전자변형 마우스의 경우 수정란 및 정자 동결 보존 방법으로 보존한다는 점이다. 현재 약 150종을 KIST가 보유하고 있다. 통합실험동물실 무의미한 희생 줄인다...KIST 오가노이드 활용 연구 시작 최근 실험동물에 대한 사회적 관심이 높아지면서 최대한 실험동물을 쓰지 않는 방향의 연구 등이 주목받는다. 예로 EU는 2013년부터 동물실험을 거친 화장품의 수입, 유통, 판매를 금지했다. 미국은 2019년부터 화학물질 안전성 평가에 실험동물을 쓰지 못하도록 했으며 2035년부터는 완전 규제를 예고하고 있다. FDA는 지난해부터 신약 개발에 동물실험 데이터 없이 오가노이드 등의 동물대체시험법을 적용한 분석도 받아들이겠다는 발표도 했다. 동물실험에 사용되는 개체수를 줄이고 고통을 최소화할 수 있는 방법이 세계적으로 계속 확대될 것으로 보인다. KIST는 연구변화에 발맞춰 지난해부터 미니 장기로 불리는 오가노이드를 이용한 연구를 시작, 올해 궤도에 올린다는 계획이다. 종합연구소 강점을 살려 타 연구소와 협업해 연구를 추진할 예정이다. 우 선임전문원은 "이미 만들어진 오가노이드를 활용해 약물 유효성 평가에 쓰는 평가 플랫폼 시스템을 개발하고자 한다. 오가노이드를 이용한 유효성 평가 플랫폼은 동물을 쓰지 않아 윤리적이며 비용 절감이 되면서도 대량화에 용이하다. 자동화 등도 가능할 것으로 기대돼 원내 AI·로봇연구소, 기술융합지원센터와 협업을 논의 중"이라고 설명했다. 이와 함께 센터는 표준화 데이터 기반 정서장애 유효성 평가 플랫폼을 구축 중이다. 정서장애 중에서도 자폐와 우울증 동물 모델을 이용해 동물 행동 분석 기반의 표준화 데이터를 이용한 플랫폼을 구축하고자 한다. 우 선임전문원은 "신규 유효성 물질의 평가 신속화와 인적, 물적 소모 자원의 감소 및 동물 사용량 감소 효과가 기대된다"고 말했다. 24시간 운영되는 센터, 그럼에도 보람 유전자 특성 및 기능 연구에 관심 있던 우 선임전문원은 2002년 뇌과학연구소 연구원으로 처음 KIST에 왔다. 뇌과학연구소 신경과학연구단 소속 동물실이 2015년 연구동물자원화센터가 되면서 몸집이 커졌다. 그 시기 뇌과학연구소에서 박사 학위 과정을 밟던 그는 연구동물자원화센터에 소속되며 본격적으로 유전자변형생쥐의 관리와 보존, 실험동물 윤리적 활용을 위한 IACUC 운영 및 실험동물 시설과 시설 안전 사용관리 등을 맡게 됐다. 지완 선임전문원은 센터에서 유전자변형생쥐의 관리와 보존, 실험동물 윤리적 활용을 위한 IACUC 운영 및 실험동물 시설과 시설 안전 사용관리 등을 맡고 있다. 그는 "실험동물을 안전하게 관리하고, 무의미한 희생이 발생하지 않도록 새로운 모델을 개발하는 등 최선을 다하겠다"고 말했다. 센터의 직원들은 휴일, 연휴 상관없이 이상 변화에 대한 24시간 알림시스템이 울리면 연구소로 출근한다. 센터 시설물 관리를 주로 맡은 우 선임전문원은 센터 확장 리모델링 후 동물이 늘던 3년간은 주말, 야간 할 것 없이 늘 나와 센터를 지켰다. 주말 반납을 일정 부분 각오해야 하는 일이지만 우 선임전문원을 포함한 센터 연구원들은 연구와 실험동물 관리 등에 보람을 느낀다. 그는 "실험동물을 안전하게 관리하고, 무의미한 희생이 발생하지 않도록 새로운 모델을 개발하는 등 최선을 다하겠다"고 말했다.

류훈·남민호 박사팀, 뇌 속 반응성 별세포와 신경세포 영상화 성공 알츠하이머 치매 촉진 새로운 원인 규명, 치료제 표적 제시 "완치 어려운 치매, 과학계 新 발견과 도전 인정해줘야" 남민호 박사는 KIST 유일 신경과학을 연구하는 한의사다. 개원해 환자를 돌보는 대신 연구를 택했다. 한의학을 기반으로 신경과학을 연구하는 사람은 드문 편이다. 현재 침치료를 통한 신경생물학적 기전 등을 연구한다. 류훈 박사는 신경유전자 발현과 후성 유전체학을 선도하는 과학자다. 퇴행성 뇌질환 '헌팅턴병'을 치료할 새로운 기전을 밝히는 등 다양한 연구성과로 주목받는다. 지난 2019년 해외우수연구자로 KIST에 영입된 그는 퇴행성 뇌질환 치료 돌파구 모색연구에 집중하고 있다. 서로 다른 전공의 선후배 과학자가 '알츠하이머 치매 정복'이라는 공동의 목표를 위해 손잡았다. 이들은 최근 알츠하이머 진단연구에서 새로운 성과를 냈다. 두 연구자가 주목한 것은 다름 아닌 뇌 속의 작은 별 '별세포'다. 류훈·남민호 박사팀이 별세포에 기반을 둔 알츠하이머를 촉진시키는 원인을 찾았다. 또 이를 이미징기술로 촬영해 치매 조기진단 가능성과 새로운 치매 치료제의 표적을 제시했다. 이번 연구에서 남 박사의 아버지와 지인은 직접 참여해 임상연구를 도왔다. 이 외에도 뇌질환 환자들의 임상연구 협조, 타 기관 연구자와의 협력 등 다양한 구성원의 노력과 열정이 연구에 녹아져있다. 해당 연구를 통해 앞으로 알츠하이머 진단과 치료는 어떤 방향을 제시할 수 있을까. 연구를 주도한 두 연구자를 만나 자세한 이야기를 들었다. 110여년 풀리지 않은 치매 치료...연구자들 '별세포'주목하다 알츠하이머병은 치매를 일으키는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환으로 알려진다. 1907년 독일의 정신과 의사 알로아 알츠하이머 박사에 의해 최초로 보고됐다. 병이 보고된 지 110여년이 지났지만 정확한 발병기전과 원인에 대해서는 알려져 있지 않다. 알츠하이머 치료는 완치가 아닌 조기 발견해 진행속도를 늦추는데 초점이 맞춰져있다. 류 박사와 IBS의 이창준 단장은 공동연구를 통해 알츠하이머 치료에 반응성 별세포를 주목해왔다. 별모양의 별세포는 우리 뇌에 가장 많은 수를 차지하는 세포다. 뇌 속 많은 지분을 갖지만 그동안 신경세포를 돕는 조연쯤으로 여겨졌다. 본격적으로 주목받기 시작한 것은 1990년대다. 별세포가 신경세포에 다양하게 개입한다는 사실이 알려지면서 치매와의 연관성도 연구되고 있다. 류 박사는 "알츠하이머는 뇌 염증을 동반하는데, 이 때 가장 먼저 발생하는 현상 중 하나가 별세포의 크기와 기능이 변하는 반응성 별세포화"라며 알츠하이머와 별세포의 연관성을 설명했다. 류 박사는 많은 연구로 둘의 연관성도 증명해냈다. 반응성 별세포에서 억제성 신경전달물질인 가바(GABA)가 주변신경세포를 억제하고, 가바가 만들어지는 과정에 발생하는 과산화수소가 신경세포를 죽여 기억력을 감퇴시킨다고 보고 등이다. 하지만 반응성 별세포의 임상적 중요성에도 불구하고 이 세포를 영상화해 관찰 및 진단할 수 있는 뇌신경 이미징 기술이 없는 가운데, 두 연구자가 공동연구로 한계를 뛰어넘었다. 연구는 우연을 가장한 끊임없는 연구교류에서 꽃을 피웠다. 암 진단 사용 물질 치매 진단에 적용 新 진단마커 기대 류훈·남민호 박사팀이 별세포에 기반을 둔 알츠하이머를 촉진시키는 원인을 찾았다. 또 이를 이미징기술로 촬영해 치매 조기진단 가능성과 새로운 치매 치료제의 표적을 제시했다. "윤미진 연세대 교수, 이창준 IBS 단장과는 오랜 동료로 과학적 교류를 해오고 있습니다. 서로 알츠하이머를 예방하고 진단하기 위한 고민을 털어놓았고 협동연구를 시작했죠."(류훈 박사) 류 박사팀은 반응성 별세포를 영상화해 관찰하면 조기 알츠하이머 치료를 할 수 있을 것이라 기대했다. 이 같은 고민을 들은 핵의학 전문가 윤미진 교수는 류 박사팀과 협업해 양전자 방출 단층 촬영(Positron Emission Tomography, 이하 PET)영상을 활용해보기로 했다. PET영상은 종양, 뇌질환, 심장질환 등을 진단하고 치료하는데 널리 사용되는 방법이다. 연구팀은 기존 암 진단에 활발히 사용됐던 '탄소11-아세트산'과 뇌 활성을 확인하기 위해 사용됐던 '불소-18 플루오로데옥시글루코오스'를 함께 활용해 알츠하이머 동물 모델과 실제 환자, 정상군을 대조해 PET영상으로 뇌를 찍었다. 그 결과 연구팀은 알츠하이머 환자군에서 반응성 별세포화가 식초로도 잘 알려진 아세트산을 활발히 대사함과 동시에 포도당 대사를 억제를 유도하는 것을 확인했다. 또 연구진은 PET 영상 등 다각적 분석으로 아세트산이 반응성 별세포화를 촉진시켜 푸트레신 및 가바의 생성을 유도, 치매를 유발한다는 것을 처음 규명했다. 이와 함께 반응성 별세포화를 억제하거나 별세포에서 특이적으로 발현하는 모노카복실산 수송체1(Monocarboxylate transporter 1, MCT1)의 발현을 억제했을 때 아세트산 대사와 주변 신경세포의 포도당 대사가 정상 회복되는 것도 확인했다. 반응성 별세포 동물 모델에서 PET 영상 촬영을 통해 관찰되는 11C-아세트산 흡수 증가와 18F-FDG 흡수 감소 연구진에 따르면 지금까지 치매 주원인으로 알려진 아밀로이드 베타를 표적으로 하는 PET 영상은 임상에서 환자를 진단하는 데 한계가 있었다. 또 아밀로이드 베타를 제거하는 것을 목표로 하는 치매 치료제도 모두 실패했다. 반면 탄소11-아세테이트산과 불소-18 플루오로데옥시글루코오스를 활용한 PET영상은 반응성 별세포와 기능적으로 억제된 신경세포를 임상 수준에서 진단하는 데 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 남 박사는 "본 연구에서는 반응성 별세포가 정상에 비해 아세트산을 과다하게 섭취하는 것을 확인하였다. 아세트산의 섭취 과다가 알츠하이머병의 진단마커가 될 수 있을 것"이라고 설명했다. 연구결과는 뇌과학 분야의 대표적인 학술지인 ‘브레인’에 4월 17일 온라인 게재됐다. 완치 어려운 알츠하이머, 과학계 新 발견과 도전 인정해줘야 진보 "전 세계적으로 알츠하이머는 100명 중 1명도 고치기 어렵다고 알려집니다. 불치병으로 알려진 백혈병 완치율(약 80%)과 비교하면 정말 낮은 수치지요. 알츠하이머를 정복하려면 새로운 발견과 도전이 필요합니다."(류훈 박사) 통계청에 따르면 2021년 국민기대수명은 83.6년으로 10년 전보다 3년 늘었다. 반면 2021년 알츠하이머병 사망률은 인구 10만 명당 15.6명으로 2000년 0.3명과 비교하면 52배 증가한 상황이다. 류훈 박사와 남민호 박사는 알츠하이머 치료를 위해 과학기술계가 다각적인 연구에 도전하고 이를 받아들이는 자세가 필요하다고 강조했다. 그런 의미에서 이번 연구에서 '탄소11-아세트산'을 알츠하이머의 새로운 표지마커로 내세운 것도 큰 도전이었다. 류 박사는 "탄소11-아세트산은 지금껏 알츠하이머 영상화에 쓰인 적이 없어 과학계에서 새로운 표지마커를 받아들이기까지 오랜 시간이 걸렸다"면서 "과학계가 기존의 관념들을 깨고 새로운 발견을 인정해줘야 질병에 대한 조기진단과 치료가 가능해진다고 생각한다. 남 박사의 노력이 알츠하이머 진단과 치료에 새로운 이정표를 세우고 더 나은 과학계 연구성과가 나오는 기반이 되길 바란다"고 강조했다. 알츠하이머 환자 뇌조직의 모노카복실산 수송체1(MCT1) 및 포도당 수송체-3(GLUT3) 변화 앞으로 두 연구자는 알츠하이머 정복 연구를 계속할 계획이다. 남 박사는 "탄소11-아세트산을 통한 영상화에 성공했지만 반감기가 짧다는 태생적 한계가 있다. 이를 극복하기 위한 추가연구 등이 필요하다"며 "이 외에도 치매환자에서 반응성 별세포와 신경세포를 영상화할 수 있는 다양한 연구를 진행할 계획"이라고 말했다. 한편, 두 연구자는 임상연구에 참여해준 환자분들과 시민에게도 감사인사를 전했다. 연구결과의 임상적 의미를 확인하기 위해서는 통계적으로 유의미한 임상데이터의 확보가 중요하다. 이에 정상군과 환자군을 모집해 많은 실험을 할 필요가 있었다. 하지만 임상은 주로 병원에서 진행되기 때문에 정상군을 모집하는 것은 생각보다 쉽지 않다. 이에 남 박사는 직접 부친과 친구분에게 뇌의 PET촬영을 제안했다. 류 박사는 "훌륭한 동료과학자 (윤미진 교수, 이창준 박사) 분들과 연구열정이 대단한 박사후 연구원과 대학원생들, 그리고 참여해주신 많은 분들의 숨은 노력이 있어 연구가 성공적으로 진행될 수 있었다. 이 자리를 통해 다시 한 번 감사인사를 드리고 싶다"고 덧붙였다.