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[신소재 신기술(96)] 혈당 변화에 즉각 대응하는 '스마트 인슐린' 나온다
- 실시간으로 혈당 수치에 맞춰 조절되는 획기적인 유형의 스마트 인슐린이 개발돼 전 세계적으로 수백만 명에 달하는 1형 당뇨병 환자 치료를 혁신할 가능성이 높아졌다고 신기술 개발 동향을 알리는 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 개발된 스마트 인슐린은 필요할 때까지 신체에서 비활성 상태를 유지하다가 혈당을 관리할 시점이 되면 즉시 활성화되어 혈당을 낮추도록 설계됐다. 즉, 혈중 포도당 농도에 반응해 작용하는 스마트 포도당 반응성 인슐린(GRI: Glucose Responding Insulin )이다. 스마트 인슐린은 미국, 영국, 호주, 중국 등의 연구원들이 연합해 개발했다. 이 프로젝트를 담당한 기관 중 하나인 영국 청소년당뇨병연구재단(JDRF: Juvenile Diabetes Research Fund)의 책임자인 레이첼 코너는 "인슐린은 100년 이상 1형 당뇨병 환자들의 생명을 구해 당뇨 치료를 혁신했지만 여전히 충분하지 않다. 인슐린으로 포도당 수치를 관리하는 것은 어려우며, 이제는 과학계가 그 해결책을 찾아야 할 때다"라고 말했다. 현재 증세가 심한 1형 당뇨병 환자는 생존을 위해 하루에 최대 10번까지 합성 인슐린을 주사해야 한다. 혈당 수치의 끊임없는 오르내림은 단기 및 장기적으로 합병증을 유발하는 등 심각한 문제를 일으킬 수 있으며 정신 건강에도 영향을 미칠 수 있다. 기존 인슐린은 주사 시 혈당 수치를 안정시키는 데는 도움이 된다. 그러나 향후의 혈당 변동까지 관리할 수는 없다. 이 때문에 환자가 몇 시간 내에 더 많은 인슐린을 주사해야 하는 경우가 많다. 새로운 포도당 반응성 인슐린은 기존의 인슐린과는 다르게 작용한다. 혈당 수치가 높아질 때만 활성화돼 고혈당을 예방하고, 수치가 너무 낮아지면 비활성화돼 저혈당을 예방한다. 전문가들은 스마트 인슐린이 상용화되는 미래에는 환자가 일주일에 한 번만 인슐린을 투여하면 될 것이라고 추정했다. 스마트 인슐린을 개발한 과학자들은 연구를 가속하기 위해 수백만 달러의 보조금을 받았다. 제1형 당뇨병에 대한 새로운 치료법을 발견하기 위해 영국 당뇨병협회, JDRF, 스티브 모건 재단이 협력, 첨단 연구에 5000만 파운드(873억 원)를 투자하고 있으며 '1형 당뇨병 그랜드 챌린지'를 통해 지원하고 있다. 그랜드 챌린지의 과학 자문 위원회 부의장인 팀 하이즈 박사는 스마트 인슐린이 당뇨병과의 싸움에서 새로운 시대의 시작을 알리는 게임체인저가 될 수 있다고 기대했다. 그는 가디언지와의 인터뷰에서 "1형 당뇨병을 앓고 있는 사람들은 혈당 균형을 맞추기 위해 매일 많은 노력을 기울여야 한다"며 "이번에 개발된 포도당 반응성 인슐린, 소위 스마트 인슐린은 ‘인슐린의 성배’로 생각되며, 이는 약물 요법 중 1형 당뇨병을 치료하는 데 가장 효과적인 솔루션이 될 것"이라고 기대했다. 1형 당뇨병 그랜드 챌린지는 제1형 당뇨병 치료 혁신을 위해 새로운 연구 프로젝트 6개에 270만 파운드(약 47억2200만원) 이상의 자금을 지원하고 있다. 이 자금은 차세대 인슐린 개발을 가속하여 제1형 당뇨병 환자의 삶을 개선하는데 크게 기여하고 있다. 미국, 호주, 중국의 대학에서 수행되는 이 연구는 더 빠르게 작용하면서, 더 정확하게는 1형 당뇨병 관리를 용이하게 함으로써 합병증을 줄이는 인슐린을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 프로젝트 중 4개는 포도당 반응성 인슐린(GRI)을 연구하고 있다.
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[신소재 신기술(96)] 혈당 변화에 즉각 대응하는 '스마트 인슐린' 나온다
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인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다
- 과학자들이 고해상도 전자현미경을 사용해 인간 뇌조직을 이미지화해 나노 스케일의 3D 지도를 제작했다. 미국 하버드대학교와 구글 연구팀이 인간 뇌 1㎣(1입방밀리미터)의 세포 연결까지 보여주는 초고해상도 뇌지도를 제작했다고 하버드 매거진과 사이테크 데일리 등 다수 외신이 전했다. 이 지도는 뇌의 복잡성을 보여주고, 뇌 기능 이해를 위한 새로운 가능성을 제시한다. 미국 국립보건원(NIH)이 자금을 지원한 이 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다. 하버드 대학교의 제프 리히트만 박사와 구글 리서치의 비렌 자인 박사가 이끄는 연구팀은 전자 현미경(EM)을 사용해 입방밀리미터(1㎣) 크기의 인간 뇌 조직 조각을 고해상도로 이미지화했다. 이 뇌 조직은 뇌전증 수술의 일환으로 환자의 대뇌 피질에서 제거한 것이다. 하버드 매거진에 따르면 리피트만 박사의 연구팀은 10년 동안 대뇌 피질 1㎣를 분석해 인간 뇌의 연결에 대한 최초의 정밀 지도를 제작했다. 뇌 조직 분석 결과 매우 아름답고 목적을 알 수 없는 수 많은 복잡한 구조가 밝혀졌다. 신경 섬유가 다른 세포와 연결되는 경로에 정착하기 전에 마치 제자리에서 맴돌고 있는 것처럼 소용돌이 모양으로 성장하는 모습, 정반대 방향이 두 개의 수용체(수상 돌기)만을 가리키고 연결되지 않은 백질 기저층의 신경 섬유와 연결된 새로운 종류의 뉴런, 신경 섬유가 단일 세포에 50개 이상 연결되는 드문 사례인 다중 시냅스 연결 등이 그것이다. 이들의 관찰은 뇌가 어떻게 연결 되었는지에 대한 가정을 뒤집었다. 리히트만은 "많은 사람들이 과학이 문제를 해결하고, 답을 찾고, 치료할 수 있기를 기대하지만 이 경우에는 단순히 자연을 설명하는 것만으로도 뇌가 '우리가 생각하는 것보다 더 복잡하다'는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 연구팀은 먼저 조직을 다이아몬드 칼을 사용해 인간 머리카락의 1천분의 1보다 얇은 5000개 이상의 슬라이스 또는 섹션으로 자른 다음 각 섹션을 EM으로 이미지화했다. 그 결과 약 1.4페타바이트, 즉 1400테라바이트의 데이터가 생성됐다. 팀은 뇌 조직을 5000개 이상의 얇은 조각으로 나누어 각 조각을 전자현미경으로 촬영했다. 이렇게 얻은 1.4페타바이트(PB, 1400테라바이트)의 데이터를 기반으로 3차원 뇌지도를 만들었다. 뇌지도는 5만 7000개 이상의 세포와 약 1억 5000만 개의 시냅스(신경세포 연결 부위)를 포함하며, 이전에는 볼 수 없었던 뇌 구조 세부 정보를 제공한다. 바렌 제인이 이끄는 구굴의 연구팀은 각 슬라이스 내의 객체를 감지하고 일르 연결해 3차원 공간을 렌더링하는 새로운 신경망 기술을 개발했다. 리히트만은 '플러드 필링 신경망' 기술을 사용해 세포, 신경 섬유 및 혈관을 색칠했으며 "기본적으로 여러 섹션에 걸쳐 이러한 객체에 페인트를 붓는 격"이라고 설명했다. 가장 흔한 신경교세포는 신경교세포에 구조적인 지원과 전기적 절연을 제공하는 과립세포였다. 1㎣ 샘플에는 약 230mm의 혈관 세포도 포함되어 있었다. 특히, 연구팀은 재구성을 통해 뇌의 가장 깊은 층에 있는 삼각형 세포들이 서로 마주 보는 두 가지 방향으로 배열되어 있음을 발견했다. 이러한 배열의 의미는 아직 밝혀지지 않았지만, 뇌 기능 이해에 중요한 단서가 될 수 있다. 이번 연구 결과는 뇌 연결체학(뇌 세포 간 연결을 종합적으로 분석하는 학문)의 중요성을 보여주고, 뇌 기능 연구에 새로운 자원을 제공한다. 연구팀은 데이터셋과 분석 도구를 공개하여 다른 연구자들도 이를 활용할 수 있도록 했다. 미국 국립보건원(NIH) BRAIN Initiative 책임자인 존 응아이 박사는 "이번 연구는 신경과학자, 컴퓨터 과학자, 엔지니어 간의 협력이 뇌 기능 이해를 위한 완전한 지도 구축에 얼마나 중요한지를 보여준다"고 말했다.
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인간 뇌 1㎣, 150억개 연결까지⋯초고해상도 뇌지도 나왔다
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[신소재 신기술(94)] 물로 작동하는 스마트 붕대, 치료 효과 30% 향상
- 전자 부품이 없이 물 한 방울로 작동하는 스마트 붕대(드레싱)가 개발돼 당뇨병 환자 등의 만성 상처 치유 효과를 높일 것으로 보인다. 미국 노스캐롤라이나 주립대(NCSU) 과학자들이 전기장을 이용해 만성 상처의 치유 속도를 높이는 저렴한 스마트 드레싱(WEPDs)을 개발했다고 메디컬 익스프레스와 데일리 메일 등 다수 외신이 보도했다. '만성 상처'는 치유가 더디거나 아예 치유되지 않는 상처를 말한다. 예를 들어 일부 당뇨병 환자에게서 발생하는 상처는 만성 상처라고 할 수 있다. 이러한 상처는 치유 후에도 종종 재발하고 절단 및 사망 위험을 크게 증가시키기 때문에 문제가 된다. 만성 상처는 또한 치료비가 매우 비싸서 환자에게 추가적인 문제를 일으킬 수 있다. 연구팀이 개발한 '물로 작동하는 전자 부품 없는 드레싱(WPEDs)'은 일회용 붕대로, 한쪽 면에는 전극이, 다른 면에는 작고 생체 적합성이 뛰어난 배터리가 부착돼 있다. 이 드레싱을 상처에 붙인 후 물 한 방울을 떨어뜨리면 배터리가 활성화되어 몇 시간 동안 치유를 촉진하는 전기장이 생성된다. 동물 실험 결과 이 붕대로 치료한 상처는 기존 붕대보다 30% 빠르게 치유됐다. 이번 연구를 주도한 NCSU 전기 및 컴퓨터 공학 아마이 반도드카 교수는 "우리의 목표는 만성 상처 환자의 치유를 가속화하면서도 훨씬 저렴한 기술을 개발하는 것이었다"며 "환자들이 병원 뿐만 아니라 집에서도 쉽게 사용할 수 있도록 하는데 중점을 두었다"고 설명했다. 연구의 공동 1저자이자 NC 주립대의 박사후 연구원인 라자람 카베티는 "이 드레싱에서 전기장은 매우 중요하다. 전기장이 만성 상처의 치유를 가속화한다는 것은 잘 알려진 사실이기 때문이다"라고 말했다. 연구팀은 당뇨병 쥐를 대상으로 WPEDs의 효과를 실험했다. 그 결과, WPEDs를 사용한 쥐들은 일반 붕대를 사용한 쥐보다 약 30% 빠르게 치유됐으며, 새로운 혈관 형성 촉진 및 염증 감소 효과도 확인됐다. WPEDs의 전극은 붕대와 함께 구부러지고 만성 상처의 표면에 맞춰질 수 있도록 설계됐다. 그로 인해 WPEDs는 빠르고 쉽게 부착할 수 있으며, 환자들은 붕대를 붙인 상태에서 자유롭게 움직이며 일상 생활을 할 수 있다. 이는 환자들이 집에서 편리하게 치료 받을 수 있게 해 치료 순응도를 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 향후 WPEDs의 인체 적용 가능성을 확인하기 위해 추가 연구를 진행할 계획이다. 연구 결과는 「상처를 전기적으로 자극하여 상처를 빠르게 봉합하는 물로 구동되는 전자 장치 없는 드레싱」이라는 논문으로 지난 8월 7일 오픈 액세스 저널인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 개재됐다.
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[신소재 신기술(94)] 물로 작동하는 스마트 붕대, 치료 효과 30% 향상
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
- 심장에 붙일 수 있는 반창고가 3D 프린팅으로 제작돼 새로운 질병 치료의 길을 열었다. 미국 콜로라도 볼더 대학교(CU Boulder) 연구팀이 펜실베니아 연구팀과 공동으로 인체 조직의 강도와 신축성을 모두 갖춘 3D 프린팅 소재 개발에 성공했다고 CU볼더 투데이, 기술 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링 등이 전했다. 가까운 미래에는 생명유지에 필수적인 기관인 심장의 결함이나 손상을 접착형 밴드를 통해 간단히 치료할 수도 있을 것으로 에상된다. 연구팀은 산화 환원 촉진을 통과한 광노출 후 연속 강화(CLEAR)라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발했다. 이 소재는 심장 박동을 견딜만큼 탄력적이면서도 관절에 가해지는 압력을 견딜만큼 강하다. 특히 환자 맞춤형으로 제작할 수 있어 다양한 의료 분야에 활용될 수 있다. 이번 연구 결과는 지난 2일 과학 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 차세대 바이오 소재 연구팀은 이 기술이 심장에 약물을 직접 전달하는 내부 붕대, 연골 패치, 무바늘봉합 등 차세대 바이오 소재 개발의 토대가 될 것으로 기대한다. 연구 책임자인 제이슨 버딕 CU 볼더 바이오프론티어 연구소 교수는 "심장 조직과 연골 조직은 스스로 복구하는 능력이 매우 제한적이라는 점에서 비슷하다. 한 번 손상되면 회복이 어렵다"며 "더 탄력적인 소재를 개발해 복구 과정을 돕는다면 환자들에게 큰 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 기존의 의료용 기기는 주로 몰딩이나 주조 방식으로 제작되어 대량 생산에는 적합하지만, 환자별 맞춤형 제작에는 한계가 있었다. 최근 3D 프린팅 기술은 다양한 형태와 구조의 소재로 제작할 수 있어 의료 분야에 새로운 가능성을 열고 있다. 3D 프린팅은 살아 있는 세포를 포함한 다양한 재료를 사용해 물체를 층층이 쌓아 물체를 만드는 기술이다. 특히 하이드로젤(콘택트렌즈 소재)은 인공 조직, 장기 임플란트 제[작에 유망한 소재로 주목받았지만, 기존 3D 프린팅 하이드로젤은 의료 분야에 필요한 강도와 유연성이 부족해 늘어나면서 쉽게 찢어지거나, 압력에 의해 깨지거나, 너무 뻣뻣해서 조직에 맞게 성형하기 어렵다는 문제점이 있었다. 이에 버딕은 기존 3D 프린팅에 대해 "심장에 딱딱한 플라스틱을 붙였다고 상상해 보자. 심장이 뛰는 동안 변형되지 않고 그냥 부러질 것"이라고 설명했다. 새로운 3D 공정은 습한 조직에 붙을 수 있는 견고하고 유연한 소재를 생산해, 기존 프린팅의 문제점을 해결했다. 연구팀은 기존 하이드로젤의 한계를 극복하기 위해 'CLEAR'라는 새로운 3D 프린팅 방법을 개발하여 긴 분자들을 얽히게 만들었다. CLEAR(Continuous-curing after Light Exposure Aided by Redox initiation)는 3D 프린팅 소재에 긴 분자를 얽어 넣어 작동하는 방식이다. 이렇게 제작된 소재는 기존의 DLP(Digital Light Processing, 디지털 광원 처리) 방식으로 제작된 소재보다 훨씬 강하고 동물 조직 및 장기에 잘 부착되는 것으로 나타났다. 장기에 부착 가능한 3D 프린팅 소재 연구팀은 강도와 탄성을 모두 갖춘 3D 프린팅 하이드로젤을 개발하기 위해 벌레의 움직임에서 영감을 얻었다. 벌레는 서로 얽히고 풀리는 과정을 반복하며 3차원 '웜 블롭(worm blob)'을 형성하는데, 이는 고체와 액체의 특성을 모두 가지고 있다. 새롭게 개발된 소재는 엄격한 인장 및 하중 지지 테스트를 거쳤다. 그 중에는 샘플 위에 자전거를 놓는 다소 특이한 절차도 포함됐다. 연구팀은 이러한 테스트를 통해 개발된 소재가 기존 소재보다 월등히 높은 강도와 탄성을 지녔음을 입증했다. 팀은 이 소재가 표준 3D 프린팅 공정을 사용해 만든 소재보다 엄청나게 튼튼하다는 것을 발견했다. 특히 이 소재는 동물 조직과 장기에 대한 호환성과 접착력도 입증했다. 공동 제1저자이자 버딕 연구소의 연구원인 맷 데이비슨은 "이제 우리는 조직을 기계적으로 지지할 만큼 강한 소재를 3D로 인쇄할 수 있다. 이전에는 한 번도 해 본 적이 없다"고 말했다. 연구팀은 이 기술이 심장 결함 복구, 조직 재생 약물 전달, 탈출된 디스크 고정, 수술 부위 봉합 등 다양한 의료 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대한다. 특히, 이 기술은 개인 맞춤형 의료 기기 제작에 혁신을 가져올 것으로 예상된다. 또한 이 방법은 경화 과정에 추가 에너지가 필요하지 않아 친환경적이며, 의료 분야뿐만 아니라 연구 및 제조 분야에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 버딕의 연구팀은 예비 특허를 출원했으며, 이들 물질에 대한 조직 반응을 조사하기 위해 추가 연구를 곧 수행할 예정이다.
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[퓨처 Eyes(46)] 3D 프린팅 심장 반창고, 손상된 인체 조직 대체·복구 가능성 열어
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WHO, 차세대 팬데믹 위협 병원체 30종 발표...조류독감·뎅기열 등 포함
- 세계보건기구(WHO)는 다음 팬데믹(전염병이 전 세계적으로 크게 유행하는 현상)을 일으킬 가능성이 높은 30여 종의 병원체 목록을 최근 공개했다. 가장 위험한 바이러스 및 박테리아 중에는 미국에서 확산 중인 H5N1 조류 인플루엔자가 포함됐으며, 과학자들은 이 바이러스가 사람 간 전파 가능성이 있다고 우려하고 있다. 또한, '뼈를 부수는 질병'으로 불리는 모기 매개 뎅기열도 미국에서 전례 없는 수준으로 확산되고 있어 우려를 낳고 있으며, 2022년 전 세계적인 유행을 일으킨 원숭이두창도 아프리카에서 더 치명적이고 전염성이 강한 변종이 발생하면서 목록에 포함됐다. 이번 목록에는 2017년 처음 발표된 목록에 비해 절반 이상이 새롭게 추가됐다. 설치류에서 퍼지는 한타바이러스, 모기 매개 웨스트나일 바이러스, 독감 및 코로나19도 포함됐다. 과학자들은 1980년대 이후 근절된 천연두도 실험실 사고로 우발적으로 방출된 후 면역력을 가진 사람이 거의 없어 빠르게 확산될 수 있다는 우려 때문에 목록에 추가했다. 이 목록은 50개국 이상 200명의 과학자가 1652개의 박테리아 및 바이러스를 약 2년 동안 검토한 후 작성됐다. '팬데믹 가능성'으로 표시된 병원체는 전염성이 높고 독성이 강하거나 사람에게 심각한 질병을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다. 가장 위험한 질병은 환자에게 사용할 수 있는 백신이나 치료제가 없는 질병이었다. 이전 2017년 및 2018년 목록에는 약 12개의 병원체만 포함됐었지만, 연구자들은 동물에서 인간으로, 그리고 세계 여러 지역 간 질병 확산 기회가 증가함에 따라 목록을 추가했다. 과학자들은 도시화와 삼림 벌채로 인해 야생 동물과 인간의 접촉이 증가했으며, 국제 여행 증가로 질병이 세계 새로운 지역으로 확산될 기회가 생겼다고 밝혔다. 또한, 기후 변화로 인해 질병이 새로운 지역으로 확산될 수 있다는 우려도 제기됐다. 이 보고서를 주도한 아나 마리아 에나오 레스트레포 박사는 "이러한 우선순위 설정 과정은 시급히 해결해야 할 중요한 지식 격차를 파악하는 데 도움이 된다"고 말했다. 보고서에는 설사를 유발할 수 있는 콜레라, 이질, 페스트의 원인균인 예르시니아 페스티스 등 5가지 박테리아도 포함됐다. 나머지 목록에는 뇌에 심각한 부종을 일으킬 수 있는 박쥐 매개 니파 바이러스도 포함됐다. 현재 이를 에방할 치료법이 없다. 목록에 포함된 많은 질병은 아직 산발적인 사례만 진단됐지만, 연구자들은 사람 간 전파 능력을 향상시키는 돌연변이가 발생하면 발병을 유발할 수 있다고 경고했다. 대부분의 질병은 진드기, 박쥐, 모기, 설치류 또는 사람에 의해 전파되며, 호흡기 비말을 통해 전파되는 경우가 많다. 바이러스나 박테리아가 팬데믹이 되려면 사람 간에 전파되고 전 세계적으로 감지되어 질병을 일으켜야 한다. WHO 사무총장 테드로스 아드하놈 게브레예수스 박사는 "역사는 우리에게 다음 팬데믹은 발생 여부가 아니라 시기의 문제라는 것을 가르쳐준다. 또한 그 영향을 무디게 하는 데 있어 과학과 정치적 결단의 중요성을 가르쳐 준다"고 말했다. 게브레예수스 총장은 "우리는 다음 팬데믹에 대비하기 위해 과학과 정치적 결단의 조합이 필요하다. 우리를 둘러싼 수많은 병원체에 대한 지식을 발전시키는 것은 모든 국가의 과학자들이 참여해야 하는 글로벌 프로젝트다"라고 덧붙였다.
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WHO, 차세대 팬데믹 위협 병원체 30종 발표...조류독감·뎅기열 등 포함
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
- 연골을 성공적으로 재생하는 새로운 생리활성 소재가 개발됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 대형 동물 모델을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 위의 사진에 보이는 것처럼 연구팀이 개발한 물질은 젤리처럼 보이지만, 실제로는 연골의 자연 환경을 모방하는 복잡한 분자 구성 요소들로 이루어진 네트워크다. 나노섬유는 분홍색, 히알루론산은 보라색으로 표시되어 있다. 연구팀은 새로운 생체 재료 물질을 동물 모델인 양의 손상된 무릎 연골에 적용한 결과, 6개월 이내에 새로운 연골이 생성되는 것을 확인했다. 새로 생성된 연골은 통증 없는 기계적 탄력성을 가능하게 하는 천연 생체 고분자인 콜라겐 II와 프로테오글리칸을 포함하고 있었다. 팀은 이번 연구 결과가 앞으로 무릎 전치환술을 예방하고, 골관절염과 같은 퇴행성 질환이나 스포츠 관련 부상 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 연골 재생 복구 유도 기대 연구를 이끈 노스웨스턴 대학교의 사무엘 스텁 교수는 "연골은 우리 관절의 중요한 구성 요소"라며 "연골이 손상되거나 시간이 지남에 따라 분해되면 사람들의 전반적인 건강과 이동성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 문제는 성인의 연골은 자연적으로 치유되는 능력이 없다는 것이다. 우리의 새로운 치료법은 자연적으로 재생되지 않는 조직의 복구를 유도할 수 있다"고 말했다. 이번 연구는 스텁 교수 연구팀이 최근 발표한 '춤추는 분자'를 사용해 인간 연골 세포를 활성화시키고 조직 매트릭스를 구축하는 단백질 생산을 촉진하는 연구 결과에 이어 진행됐다. 새로운 연구에서는 '춤추는 분자' 대신 스텁 교수 연구실에서 개발된 하이브리드 생체 재료를 사용했다. 이 새로운 생체 재료는 연골 성장 및 유지에 필수적인 단백질인 TGFb-1에 결합하는 생체 활성 펩타이드와 연골 및 관절의 윤활 활액에 존재하는 천연 다당류인 히알루론산으로 구성되어 있다. 스텁 교수 연구팀은 생체 활성 펩타이드와 화학적으로 변형된 히알루론산 입자를 통합하여 나노 섬유가 연골의 자연 구조를 모방하는 다발로 자가 조직화되도록 유도했다. 목표는 신체 자체 세포가 연골 조직을 재생할 수 있도록 매력적인 골격을 만드는 것이었다. 나노 섬유의 생체 활성 신호를 사용하여 이 물질은 비계를 채우는 세포에 의한 연골 복구를 촉진한다. 슬개골 결함 있는 양 실험 연구팀은 이 물질의 연골 성장 촉진 효과를 평가하기 위해 슬개골에 연골 결함이 있는 양을 대상으로 실험했다. 양의 슬개골은 인간의 무릎과 유사한 복잡한 관절이다. 스텁 교수에 따르면 양 모델 실험은 매우 중요하다. 양의 연골은 인간과 마찬가지로 완고하고 재생하기가 매우 어렵다. 양의 슬개골과 인간의 무릎은 또한 체중 부하, 크기 및 기계적 부하와 유사하다. 이 연구에서 연구진은 걸쭉한 페이스트 같은 물질을 연골의 결함 부위에 주입했고, 이 물질은 고무 같은 매트릭스로 변형됐다. 스캐폴드(Scaffold)가 분해되면서 결함 부위를 채우기 위해 새로운 연골이 자랐을 뿐만 아니라 복구된 조직은 대조군에 비해 품질이 지속적으로 더 높았다. 스텁 교수는 미래에 이 새로운 물질이 개방형 관절 수술 또는 관절경 수술에 적용될 수 있다고 예상한다. 현재 표준 치료법은 미세 골절 수술로, 외과의사가 기저 뼈에 작은 골절을 만들어 새로운 연골 성장을 유도하는 것이다. 스텁 교수는 "미세 골절 접근 방식의 주요 문제점은 기능적인 관절을 위해 필요한 히알라인(유리질) 연골이 아니라 귀에 있는 연골과 같은 섬유 연골이 형성되는 경우가 많다는 것이다. 유리질 연골을 재생함으로써 우리의 접근 방식은 마모에 대한 저항력을 높여야 하며, 장기적으로 이동성 저하와 관절 통증 문제를 해결하고 동시에 대형 하드웨어를 사용한 관절 재건 필요성을 피할 수 있어야 한다"고 말했다.
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[신소재 신기술(91)] 노스웨스턴대 연구팀, 연골 재생 신소재 개발 성공
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전자동 치과 로봇, 세계 최초로 인간 대상 수술 실시
- AI 제어 자율 로봇이 치과계에서 처음으로 인간 환자를 대상으로 치과 시술을 성공적으로 수행했다. 특히 인간 치과의사가 할 수 있는 것보다 약 8배 빠른 속도로 해 냈다고 뉴아틀라스가 전했다. 미국 보스턴에서 설립된 스타트업 퍼셉티브(Perceptive)가 만든 이 치과 로봇은 휴대용 3D 체적 스캐너와 광간섭 단층촬영(OCT) 장치를 사용해 치아, 잇몸, 심지어 치아 아래의 신경까지 포함한 입의 자세한 3D 모델을 구축한다. 입의 체적 모델을 구축하는 OCT는 광선만 사용하므로 인체에 유해한 X선 방사선이 전체 과정에서 배제되고, 고해상도 촬영이 가능하며, 충치의 상태까지 약 90%의 정확도로 자동으로 감지된다고 한다. 물론 치과의사와 환자와의 상담과 시술에 대한 의사결정 과정은 거친다. 일단 결정이 내려지면 로봇 치과 의사가 수술을 인계받는다. 로봇 치과 의사에 수술 계획과 과정이 전달되면 로봇이 수술을 진행한다. 치과 로봇의 첫 번째 전문 분야는 치과 크라운(인공 금속관을 씌우는 치과 시술)을 위한 치아 준비다. 퍼셉티브는 인간 의사 시술의 경우 크라운은 일반적으로 두 번으로 나뉘어 시행되며 총 두 시간 정도 걸리는 과정이라고 밝혔다. 그러나 로봇 치과의사는 이를 15분에 안에 마친다고 한다. 퍼셉티브는 치과 로봇이 '움직임이 매우 많은 조건에서도' 안전하게 업무를 처리할 수 있다고 주장하며, 움직이는 인간 환자에 대한 시술은 모두 성공적이었다고 밝혔다. 퍼셉티브의 설립자 겸 CEO 크리스 시리엘로는 "세계 최초의 완전 자동화된 로봇 치과 시술을 성공적으로 완료했다"며 "이 의학적 혁신은 치과 시술의 정밀성과 효율성을 높이고, 더 나은 치과 치료에 대한 접근성을 높여 환자 경험과 임상 결과를 개선한다. 우리는 시스템을 발전시키고 환자를 위한 확장 가능하고 완전 자동화된 치과 의료 솔루션을 개척하기를 희망한다"고 말했다. 퍼셉티브의 임상 자문위원회 위원 카림 자클라마는 "퍼셉티브의 AI 기반 로봇 시스템은 치의료계를 혁신할 것이다. 절차를 간소화하고 환자에게 편안함을 더할 것이며, 특히 구강 내 스캐너와 같은 고급 이미징 기능은 종전과 비교할 수 없는 세부 정보를 제공해 문제를 더 정확하게 조기 진단하고 환자와 더 효과적으로 소통할 수 있게 해준다. 이러한 효율성 덕분에 개인화된 환자 치료에 더 집중하고 의자에 앉아 있는 시간을 줄여 더 많은 환자를 효과적으로 치료할 수 있다"고 설명했다. 고정밀 인간 제어 로봇 수술은 이미 빠른 속도로 발전하고 있다. 인간 의사의 안정적인 손에 대한 전통적인 필요성은 사라지고 있다. 휴머노이드 분야에서 보듯, 로봇을 원격 조작하기 시작하는 순간, 로봇이 언젠가는 인간과 동일한 작업을 수행하도록 훈련될 것이며, 치과 분야도 마찬가지다. 크라운과 같이 60분짜리 마라톤 시술을 두 번 하는 대신 15분 만에 로봇 치과의사의 시술로 끝낼 수 있다면, 그것은 엄청난 개선이다. 시스템은 비용이 들겠지만, 많은 시간을 절약하기 때문에 충분히 상쇄할 수 있다. 환자 입장에서는 오히려 치료비가 줄어드는 효과가 크다. 그러나 이 치과 로봇은 아직 FDA 승인을 받지 못했다. 퍼셉티브는 로봇 치과의사의 출시 일정을 정하지 않았다. 대중이 로봇 치료를 받을 수 있기까지는 몇 년이 걸릴 수 있다. 퍼셉티브는 로봇의 기능을 확장하고 치료 범위를 넓한다는 계획이다.
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- IT/바이오
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전자동 치과 로봇, 세계 최초로 인간 대상 수술 실시
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로봇 보조 보행 훈련, 뇌성마비 아동 운동 능력 향상에 효과
- 웨어러블 로봇을 사용한 지상 로봇 보조 보행 훈련(RAGT) 시스템이 뇌성마비(CP) 아동의 전반적인 운동 기능과 보행 능력을 개선해 주는 것으로 나타났다고 메디컬익스프레스가 보도했다. 한국에서 진행된 이 연구 결과는 미국 의사협회저널 네트워크 오픈(JAMA Network Open) 온라인판에 게재됐다. 대전 충남대학교 병원 최자영 박사 연구팀은 맹검(편향성을 막기 위해 실험이 끝날 때까지 실험자나 피실험자에게 특정 정보를 공개하지 않는 실험) 방식의 무작위 시험에서 고정되지 않은 토크 보조 웨어러블 외골격 로봇을 사용, 뇌성마비 아동을 대상으로 지상 (RAGT)의 효과를 조사, 웨어러블 로봇의 보조 효과를 분석했다. 시험 대상으로 90명의 아동이 선발됐고, 그중 78명이 참여해 37명과 41명으로 두 그룹을 편성, 각각 RAGT 그룹과 대조군으로 무작위 배정됐다. RAGT 배정 그룹은 6주 동안 18회의 RAGT 훈련을 거쳤고, 대조군은 같은 횟수만큼 일반적인 표준 물리 치료를 받았다. 연구팀은 RAGT 그룹의 변화가 걷기와 달리기 등 운동 기능을 측정하는 'GMFM-88(Gross Motor Function Measure 88)' 총점 및 소아 장애 인벤토리 평가-컴퓨터 적응 테스트 책임 영역 점수에서 대조군을 크게 능가한다는 사실을 발견했다. GMFM-88 수치는 RAGT 그룹에서 4.04점이 오른 반면, 일반 재활치료 대조군 그룹은 1.5점이 오르는 데 그쳤다. 이는 웨어러블 로봇의 개입으로 일상 생활에서의 독립성이 크게 향상됨을 나타낸다. 4주 추적 조사에서 RAGT 그룹의 균형 제어와 보행 편차 지수는 대조군에 비해 평균 차이가 각각 1.48 및 6.48로 더욱 큰 개선이 이루어진 것으로 밝혀졌다. 연구팀은 "이 새로운 웨어러블 로봇 착용형 RAGT 시스템은 뇌성마비 증상의 어린이에게 큰 도움이 되며, 필요에 따라 힘을 제어하고, 어린이가 잘 걷고자 하는 동기를 부여하며, 집중적인 보행 훈련을 제공한다"고 보고서에서 썼다.
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로봇 보조 보행 훈련, 뇌성마비 아동 운동 능력 향상에 효과
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[신소재 신기술(87)] 하버드 중퇴생 출신 개발자, AI 목걸이 'Friend'로 외로움 해소 나서
- 대화형 인공지능(AI)이 목걸이 형태로 출시돼 사람들의 외로움 달래기에 나선다. 코로나19 추적 웹사이트를 개발해 웹비 어워드(Webby Award)를 수상한 아비 쉬프만(Avi Schiffmann, 21)이 이번에는 AI 기반 목걸이 형태의 기기 '친구(Friend)'를 선보였다고 테크크런치가 30일(현지시간) 보도했다. 쉬프만은 카페인 캐피털의 레이몬드 톤싱, Z 펠로우즈 설립자 코리 레비, 솔라나 설립자 아나톨리 야코벤코와 라지 고칼, 모닝 브루 CEO 오스틴 리프 등으로부터 5000만달러의 기업 가치 평가를 받으며 250만달러의 투자금을 유치했다. 회사는 30일 99달러에 판매되는 기본 흰색 버전의 Friend 사전 예약을 시작했으며, 2025년 1월 배송될 것이라고 밝혔다. Friend는 생산성 향상 보다는 외로움 해소에 초점을 맞춘 제품이다. 블루투스를 통해 스마트폰과 연결되어 사용자의 음성을 상시 듣고 반응한다. 사용자는 기기의 버튼을 눌러 대화를 시작할 수 있으며 Friend는 앱을 통해 문자 메시지 형태로 응답한다. 또한 Friend는 사용자의 음성을 계속 듣고 있기 때문에 면접 전 행운을 빌어주는 등 능동적인 메시지도 전송할 수 있다. 쉬프만은 앱을 사용하는 것보다 목걸이 형태의 기기를 통해 AI 동반자와 대화하는 것이 더욱 쉽다고 말했다. 그는 "Friend는 감정적인 장난감과 같다. 대규모 언어모델의 성공적인 활용사례는 인공지능 가빈 챗봇 앱 리플리카(Replika)나 캐릭터 AI(Character AI)와 같은 도구에 자신의 하루와 감정을 이야기하는 것이라고 생각한다. 하지만 하드웨어가 존재하면 감정적인 연결이 더 잘 이루어진다고 믿는다"고 말했다. 쉬프만은 Friend가 치료사나 업무 보조 도구가 아닌, 대화를 나눌 수 있는 AI 친구라고 강조하며, 지속적인 동반 관계가 AI의 핵심 활용 사례 중 하나라고 덧붙였다. Friend가 처음부터 외로움 해소를 목표로 한 것은 아니었다. 작년에 쉬프만은 사람들을 추적하고 회의하는 내용을 기록하는 데 도움을 주는 600달러짜리 펜던트 '탭(Tab)'을 개발하려 했으며, 약 10만달러의 사전 주문을 받았다. 그러나 그는 올해 초 Friend 개발로 방향을 전환했다. Tab 사전 예약자들에게는 Friend 사전 예약 또는 환불 옵션을 제공하고 있다. 쉬프만은 '항상 듣고 있다'는 슬로건을 내세우며 AI 동반자 입장을 강조하고 있다. 하지만 그는 회사가 어떤 녹음도 저장하지 않으며 사용자가 언제든지 문자를 삭제할 수 있다고 밝혔다. 아비 쉬프만은 미국의 개발자이자 기업가로, 특히 공익과 기술을 결합한 프로젝트로 잘 알려져 있다. 2020년 초, 당시 고등학생이었던 쉬프만은 코로나19 팬데믹 초기 단계에서 전 세계 확진자 수를 실시간으로 추적하는 웹사이트(ncov2019.live)를 개발했다. 이 웹사이트는 정확하고 신뢰할 수 있는 정보를 제공해 큰 호응을 얻었고, 언론의 주목을 받았다. 그는 하버드 대학교에 입학했지만 중퇴하고 자신의 사업에 집중하고 있으며, 여러 투자자들로부터 투자를 유치하는 등 기업가로서의 역량도 인정받고 있다. 그러나 코로나19 추적 웹사이트 개발 과정에서 다른 개발자들의 기여를 제대로 인정하지 않았다는 비판을 받기도 했다. 또한, 'Friend'와 같은 AI 기반 제품이 개인 정보 보호 및 윤리적인 문제를 야기할 수 있다는 우려도 제기되고 있다. 오픈AI는 지난 30일 대화형 인공지능 챗GPT에 고급 음성 지원을 시작한다고 밝혔다. 외로움 해소용 AI 목걸이까지 등장해 대화형 인공지능이 어디까지 발전할지 귀추가 주목된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(87)] 하버드 중퇴생 출신 개발자, AI 목걸이 'Friend'로 외로움 해소 나서
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[먹을까? 말까?(44)] 마그네슘 과다 섭취, 득보다 실? 주의해야 할 부작용
- 마그네슘은 우리 몸에 필수적인 미네랄로, 단백질 합성, 혈당 조절, 협압 조절 등 다양한 생화학 기능에 관여한다. 또한 에너지 생성, DNA 및 RNA 합성, 뼈 성장, 근육 및 심장 기능에 필요한 칼슘과 칼륨 운반에도 중요한 기능을 한다. 즉 우리 몸은 다양한 방식으로 마그네슘에 의존하고 있다. 그러나 일부 사람들은 식단에서 충분한 마그네슙을 섭취하지 못할 수도 있다. 이 경우 의사들은 특히 변비, 수면 문제, 근육 경련 등 특정 문제를 해결하기 위해 마그네슘 보충제를 권장하기도 한다. 하지만 보충제가 유용하다고 해서 마그네슘을 과도하게 섭취해도 괜찮을까? 최근 연구 결과와 전문가들의 의견을 종합해 보면, 과도한 마그네슘 섭취는 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 안전한 마그네슘 섭취량은? 미국 의학 연구소 식품영양위원회에 따르면 성인의 마그네슘 하루 권장 섭취량(RDA)은 19세~30세의 경우 남성 400mg, 여성 310mg, 31세 이상의 경우 남성 420mg, 여성 320mg이다. 마그네슘은 아몬드, 시금치, 강낭콩, 두부 등 다양한 식품에 자연적으로 함유되어 있다. 만약 식단으로 충분히 섭취하지 못하는 경우, 의사와 상담하여 적절한 용량의 보충제를 복용할 수 있다. 하지만 보충제 종류와 브랜드에 따라 권장 복용량이 다를 수 있으므로, 라벨 지침을 따르고 의사와 상담하는 것이 중요하다. 또한, 가능하면 음식과 함께 보충제를 섭취하는 것이 좋다. 마그네슘 과다 섭취란? 마그네슘 과다 섭취, 즉 고마그네슘혈증은 매우 드물다. 미국 의학 연구소 식품영양위원회는 보충제 형태의 마그네슘에 대한 상한 섭취량을 350mg으로 설정했는데, 이는 건강에 악영향을 미칠 가능성이 없는 최대 섭취량이다. 음식을 통한 과다 섭취는 해롭지 않지만, 산화마그네슘, 구연산마그네슘, 염화마그네슘 등 보충제 형태로 과다 섭취하면 설사, 메스꺼움, 경련 등의 문제가 발생할 수 있다. 마그네슘 과다 섭취 위험군은? 고마그네슘혈증(마그네슘 중독 증상)은 드물지만, 특히 만성 질환이 있는 경우 주의해야 한다. 예를 들어 신장 기능 저하 또는 신부전증 환자는 마그네슘 과다 섭취 증상을 경험할 위험이 더 높다. 또한, 일부 제산제나 완하제에 함유된 5000mg과 같은 매우 높은 용량의 마그네슘을 복용하는 경우 마그네슘 독성 사례와 관련이 있다. 이러한 약물을 복용할 때는 라벨 지침을 반드시 따라야 한다. 마그네슘 보충제 복용 후 위에서 언급한 마그네슘 독성 증상이 나타나면 의료진에게 문의해야 한다. 특히 신장 질환이 있는 경우에는 더욱 중요하다. 마그네슘 과다 섭취 예방 및 치료 마그네슘 과다 섭취를 예방하기 위해서는 마그네슘이 풍부한 식품 섭취에 집중하는 것이 좋다. 하지만 의료 전문가의 권고에 따라 보충제를 구매해야 하는 경우, 순도와 효과가 검증된 고품질 보충제를 선택하고, 구연산마그네슘과 같이 생체 이용률이 높은 형태를 선택하는 것이 좋다. 또한, 의료 전문가의 특별한 권고가 없는 한 하루 350mg 이상 복용하지 않도록 주의해야 한다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(44)] 마그네슘 과다 섭취, 득보다 실? 주의해야 할 부작용
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[먹을까? 말까?(42)] 귀리 속 식이섬유, 비만 치료제와 유사한 효과
- 귀리의 식이섬유가 비만을 치료하는 약물과 동일한 체중 감량 효과가 있는 것으로 나타났다. 미국 애리조나 대학교 연구팀은 귀리에 풍부한 베타글루칸이라는 섬유가 비만 치료제와 유사한 효과를 낸다는 연구 결과를 발표했다고 뉴아틀라스가 전했다. 연구팀은 고지방·고당분 식단을 섭취하는 쥐들을 대상으로 다섯 그룹으로 나누어 셀룰로오스, 펙틴, 베타글루칸, 밀 덱스트린, 저항성 전분 등 5가지 식이섬유를 각각 10%씩 추가해 18주 동안 관찰했다. 연구팀은 실험 쥐의 체중 증가, 지방량 및 순수 근육량의 백분율을 평가했다. 또한 섭취후 최대 2시간까지 혈당 수치에 미치는 영향을 살표봤다. 연구 결과 베타글루칸을 섭취한 쥐 그룹은 고지방, 고당분 식단에도 불구하고 체중 증가가 현저히 적었다. 또한 체지방량은 현저히 적었지만 순수 근육량 유지율은 월등히 높았다. 베타글루칸 섭취 그룹은 또한 18주 동안 인슐린 민감성과 혈당 조절 능력도 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 이러한 효과가 베타글루칸이 장내 미생물 군집을 변화시켜 부티르산(butyrate)이라는 대사산물을 증가시키기 때문이라고 분석했다. 부티르산은 뇌에 포만감 신호를 전달하는 호르몬인 GLP-1 분비를 촉진하고 갈색 지방 연소를 유도해 체중 감소에 도움을 준다. 이러한 작용 기전은 최근 비만 치료제로 주목받는 세마글루타이드(Ozempic)와 유사하지만, 베타글루칸은 식품을 통해 섭취할 수 있고 부작용이 적다는 장점이 있다. GLP-1(Glucagon-Like Peptide-1)은 우리 몸에서 자연적으로 생성되는 호르몬이다. 주로 음식 섭취 후 소장에서 분비되며, 혈당 조절, 식욕 억제, 위 배출 지연 등 다양한 기능을 수행한다. GLP-1의 작용을 모방하거나 GLP-1 수용체를 활성화하는 GLP-1 유사체 및 GLP-1 수용체 작용제(GLP-1 RA)가 개발되어 제2형 당뇨병 및 비만 치료에 사용되고 있다. 대표적인 GLP-1 RA 약물로는 삭센다(Saxenda), 오젬픽(Ozempic), 위고비(Wegovy) 등이 있다. 연구팀은 귀리 이외에도 보리, 쌀, 버섯, 해조류 등에 베타글루칸이 함유되어 있으며, 특히 귀리는 1컵당 3~5%의 베타글루칸을 함유하고 있다고 밝혔다. 연구를 이끈 프랭크 듀카 교수는 "이번 연구 결과는 베타글루칸이 체중 감소 및 혈당 조절에 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다"며 "앞으로 베타글루칸을 강화한 식품 개발을 통해 비만 및 대사 질환 예방에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 이 연구는 '더 저널 오브 뉴트리션(The Journal of Nutrition)'에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(42)] 귀리 속 식이섬유, 비만 치료제와 유사한 효과
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[먹을까? 말까?(41)] 탈모 치료의 열쇠, 설탕 성분에서 찾았다!
- 천연 설탕에서 탈모 치료제 성분이 발견돼 탈모인들에게 희소식을 전해주고 있다. 탈모는 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다. 가장 흔한 탈모 유형인 남성형 탈모는 유전적인 요인과 남성호르몬(안드로겐)이 주요 원인으로 작용한다. 이 질환은 전 세계 남성의 최대 50%에 영향을 미친다. 남성형 탈모는 테스토스테론이 5알파-훤원효소(5α-reductase)라는 효소에 의해 DHT(디하이드로테스토스테론)로 변환되는데, 이 DHT가 모낭을 위축시키고 모발 성장 주기를 단축시켜 탈모를 유발한다. 영국과 파키스탄 과학자들이 남성형 탈모 치료에 새로운 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표했다. 2-데옥시-D-리보스(2dDR)라는 천연 당 성분이 모발 성장을 촉진할 수 있다는 것이다. 셰필드 대학교와 파키스탄 COMSATS 대학교 연구팀은 2dDR이 새로운 혈관 생성을 촉진해 모낭에 영양분을 공급하고 새로운 모발 생성을 돕는다는 사실을 발견했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 셰필드 대학의 명예 조직공학 교수인 쉴라 맥닐은 "남성형 탈모는 전 세계적으로 흔한 질환이지만, 현재 FDA 승인을 받은 치료제는 두 가지 뿐"이라며 "이번 연구는 탈모 치료의 해답이 자연 발생 당 성분인 데옥시 리소브 당을 사용해 모낭으로의 혈액 공급을 늘리는 것처럼 간단할 수 있음을 시사한다"고 말했다. 리보스와 데옥시 리보스는 모두 생명체에서 발견되는 단당류로 분류된다. 이들은 핵산의 필수 구성 요소로, 리보스는 RNA에서, 데옥시 리보스는 DNA에서 발견된다. 연구팀은 8년 동안의 상처 치유 연구 과정에서 2dDR이 혈관 성장을 촉진하고 뜻밖에도 모발 성장에도 영향을 미치는 것을 발견했다. 이를 확인하기 위해 테스토스테론에 의한 탈모를 유도한 쥐 모델을 개발해 실험한 결과, 2dDR이 혈류 증가를 통해 모발 재성장을 촉진하는 것을 확인했다. 설탕 분자는 혈관 내피 성장 인자(VEGF)의 합성을 증가시켜 새로운 모발 성장을 촉진시키는 것으로 추정된다. 연구 결과에 따르면 데옥시 리보스 설탕은 모발 성장을 촉진시키는 데 있어서 미녹시딜과 동일한 효능을 보였으며, 유망한 치료 옵션으로 제시됐다. 로게인 및 테녹시딜로 판매되는 미녹시딜은 FDA에서 승인한 단 두가지 탈모치료제 중 하나다. 뉴아틀라스에 따르면 이 약은 자극과 빛에 대한 민감성 같은 부작용을 유발하는 것으로 알려져 있다. 또한 40대 이상의 헤어라인이 후퇴한 사람에게는 효과가 떨어진다. 그리고 혈압 약을 복용중인 사람에게는 권장되지 않는다. 한편, 이번 연구 결과는 남성형 탈모 치료에 대한 새로운 가능성을 제시하지만, 아직 초기 단계이며 추가 연구가 필요하다. 맥닐 교수는 "이번 연구는 남성의 자존감에 영향을 미칠 수 있는 탈모 치료에 대한 새로운 접근법을 제시할 수 있다"며 "향후 추가 연구를 통해 이 저렴하고 비침습적인 치료법을 환자에게 제공할 수 있기를 기대한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 "프론티어스 인 파마콜로지(Frontiers in Pharmacology)' 저널에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(41)] 탈모 치료의 열쇠, 설탕 성분에서 찾았다!
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[먹을까? 말까?(40)]"적게 먹는 쥐가 장수한다?"...비밀은 에너지 균형에
- 적게 먹는 쥐가 오래 사는 이유가 밝혀졌다. 100년 전부터 쥐를 적게 먹이면 더 오래 산다는 것은 잘 알려진 사실이다. 미국과 영국 연구팀은 섭취한 에너지와 소비한 에너지 사이의 불균형이 장수 비결일 수 있다는 새로운 연구 결과를 발표했다고 사이언스얼러트가 보도했다. 연구팀은 동일한 식단을 제공받은 쥐들을 연구한 결과, 더 추운 환경에 사는 쥐들이 더 오래, 더 건강하게 사는 것을 발견했다. 중요한 차이는 추운 환경의 쥐들이 체온 유지를 위해 더 많은 에너지를 사용해야 한다는 점이었다. 미국 앨라배마 대학교의 영양학자 다니엘 스미스와 영국 에버딘 대학교의 생물학자 샤론 미첼이 이끄는 공동 연구팀은 이번 연구 결과가 식단이 건강과 노화에 미치는 영향을 이애하기 위해서는 에너지 섭취량만 고려하는 것으로는 충분하지 않다는 것을 시사한다고 밝혔다. 이 발견은 언젠가 사람들이 엄격한 식단 없이도 동일한 장수 효과를 얻을 수 잇도록 하는 데 도움이 될 수 있다. 연구팀은 서로 다른 온도 환경에서 쥐를 사육하고, 따뜻한 환경의 쥐들은 하루 12시간 동안 무제한으로 먹이를 먹도록 했다. 추운 환경의 쥐들은 따뜻한 환경의 쥐들과 동일한 칼로리, 단백질 및 기타 영양소를 섭취하도록 '짝지어 먹이기' 방식으로 식단을 조절했다. 단기 실험에서는 11주 동안 10℃, 21℃, 30℃ 환경에서 사육된 쥐들을 비교 분석했다. 그 결과 더 추운 환경에서 생활하는 쥐들이 호르몬, 신진대사 및 생리학적 이점을 경험하고, 체중 감소 효과가 지속되는 것을 확인했다. 장기 실험에서는 12주령부터 남은 생애동안 쥐들을 추적 관찰했다. 22℃ 환경에서 사육된 쥐들은 27℃ 환경에서 사육된 쥐들보다 20% 오래 살았다. 또한 추운 환경의 쥐들은 균형, 조정 및 신경 기능 저하가 더 느리게 나타나는 등 건강하게 노화되는 것으로 나타났다. 연구팀은 "따라서 에너지 균형(에너지 섭취량-에너지 소비량)이 관찰된 이점의 주요 원인이었다"라고 밝혔다. 이번 연구는 약물이나 운동의 영향 없이 추운 온도를 통해 에너지 불균형을 유도했지만, 추위 자체가 장수에 영향을 미칠 수 있다는 점은 추가 연구가 필요하다. 연구팀은 일부 약물과 같이 신체 에너지 균형을 깨뜨려 건강을 개선할 수 있는 다른 요인이 있을 수 있다고 추측했다. 또한 오젬픽과 같은 GLP-1유사 약물이 장기적인 건강 개선 효과를 가져올 수 있는지에 대한 추가 연구가 필요하다고 밝혔다. 이 연구 결과는 '제로사이언스(GeroScience)' 저널에 게재됐다. 한편, GLP-1 유사 약물은 글로카곤 유사 펩타이드-1(Glucago-Like Peptide-1)이라는 호르몬과 유사한 작용을 하는 약물이다. GLP-1은 우리 몸에서 식후 혈당 조절에 중요한 역할을 하는 호르몬인데, GLP-1 유사 약물은 이 호르몬의 작용을 모방해 혈당을 낮추는 효과를 나타낸다. GLP-1 유사 약물은 주로 제2형 당뇨병 치료에 사용되지만, 최근에는 체중 감량 효과가 입증돼 비만 치료에도 활용하고 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(40)]"적게 먹는 쥐가 장수한다?"...비밀은 에너지 균형에
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AI 활용 알츠하이머 예측 모델, 82% 높은 정확성 기록
- 영국 과학자들이 인공지능(AI) 도구를 개발해 알츠하이머병을 정확하게 진단했다. 케임브리지 대학교 연구팀이 개발한 새로운 AI 도구는 인지 테스트와 MRI 스캔을 사용해 알츠하이머 진행을 82%의 정확도로 예측한다고 뉴로사이언스가 13일(현지시간) 보도했다. 케임브리지의 연구팀은 초기 치매 증상을 보이는 환자가 알츠하이머 병으로 발전할 지 또는 증상이 안정될지를 예측하는 머신 러닝 모델을 개발한 것. 이 도구는 기존 진단 도구보다 정확도가 높으며, 침습적이고 고비용 검사 없이 조기 진단을 가능하게 한다. 치매의 주요 원인은 알츠하이머병으로 전체 사례의 60~70%를 차지한다. 조기 발견은 치료 효과를 높일 수 있어 매우 중요하다. 그러나 양전자방출 단층 촬영(PET) 검사나 요추 전자와 같은 침습적이거나 값비싼 검사를 이용하지 않으면 조기 치매 진단이나 예후가 정확하지 않을 수 있다. 의학 분야의 오픈 액세스 저널 'e클리니컬 메디신(eClinicalMedicine)'에 게재된 연구에 따르면 이 기술은 현재의 임상 진단 도구보다 더 정확하다고 한다. 이 저널은 더 랜싯(The Lancet) 디지털 건강 저널 시리즈 중 하나로 2019년 설립됐다. 연구팀은 미국과 영국, 싱가포르의 환자 1900여 명의 데이터를 활용해 인공 지능 모델을 개발하고 후속 데이터를 통해 약 6년간 검증했다. 이 AI 모델은 3년 이내에 알츠하이머병으로 진행될 환자를 82%의 정확도로 예측했다. 이는 현재 표준 치료법, 즉 표준 임상 마커(회백질 위축이나 인지 점수 등)보다 정확도가 약 3배 정도 높다. 이 인공지능 도구는 환자를 증상이 안정적인 그룹(참가자의 약 50%), 알츠하이머로 천천히 진행되는 그룹(약 35%), 빠르게 진행되는 그룹(약 15%) 세 가지로 분류해 맞춤형 치료 계획 수립과 조기 개입을 가능하게 한다. 또한 치매가 아닌 다른 원인으로 인한 기억력 감퇴 환자를 식발해 불필요한 검사를 줄이고 적절한 치료를 받도록 돕는다. 아울러 기억 상실과 같은 증상이 있지만 상태가 안정된 50%의 사람은 치매가 아닌 불안이나 우울증과 같은 다른 원인으로 인한 증상일 수도 있으므로 다른 임상 경로를 찾는데 도움을 줄 수도 있다. 수석 저자인 케임브리지 대학교 심리학과 조이 쿠르치 교수는 "우리는 인지 테스트와 MRI 스캔 데이터만 사용했지만, 경미한 증상에서 알츠하이머로 진행될 지 여부와 진행이 빠를지 혹은 느릴지 예측하는 데 현재의 접근 방식보다 훨씬 더 정확한 도구를 만들었다"고 말했다. 연구팀은 이 도구가 실제 임상 환경에서 적용될 수 있도록 다양한 환자 데이터를 활용하여 검증했으며, 향후 다른 유형의 치매 예측에도 활용될 수 있도록 연구를 확장할 계획이다.
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- IT/바이오
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AI 활용 알츠하이머 예측 모델, 82% 높은 정확성 기록
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[먹을까? 말까?(36)] 비트 주스, 매일 마시면 혈압 낮추고 심장 보호
- 비트 주스를 매일 마시면 고혈압을 낮출 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 비트는 붉은 보라색의 뿌리 채소다. 고혈압은 심장병을 포함한 여러 심각한 질환의 주요 위험 요인이다. 영국에서는 성인 3명 중 1명이 고혈압의 영향을 받고 있는 것으로 알려졌다. 영국 퀸메리 런던 대학교 연구진에 따르면 식단 조절을 통해 혈압을 낮출 수 있으며, 특히 비트 주스를 매일 마시는 것이 혈압 조절에 효과적인 것으로 나타났다고 익스프레스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. 연구팀은 매일 250ml의 비트 주스를 마시면 평균 8/4mmHg의 혈압 감소 효과가 있는 것을 발견했다. 이는 많은 연구 참여자들의 혈압 수치가 안전한 범위로 돌아왔음을 의미한다. 연구 결과는 '고혈압(Htpertention)' 저널에 게재됐다. 혈압이 2mmHg 증가할 때마다 심장병 사망률은 7%, 뇌졸중 발생률은 10% 증가한다는 점을 고려하면, 비트 주스의 혈압 감소 효과는 매우 의미가 있다. 연구팀은 비트의 혈압 감소 효과는 식물에 함유된 질산염에서 비롯된다고 말했다. 비트루트(뿌리)의 혈압 강하 효과는 높은 수준의 질산염 때문이라는 설명이다. 시금치, 루바브, 셀러리, 상추, 물냉이도 질산염이 풍부하게 함유되어 있는 식물이다. 이 연구는 비트 주스가 약물 치료만으로 조절되지 않는 고혈압 환자에게도 혈압을 낮추는 효과가 있음을 보여주었다. 하지만 추가 연구를 통해 더 많은 사람들을 대상으로 장기간에 걸쳐 비트 주스의 효과를 검증할 필요가 있다. 2022년 '프론티어 인 뉴트리션'에 발표된 또다른 연구에서는 비트 주스의 질산염이 고혈압 환자의 수축기 혈압을 낮추는 효과가 있지만, 이완기 혈압에는 영향을 미치지 않는다는 것을 확인했다. 이 연구는 60일 이상 매일 비트 주스를 섭취했을 때 가장 효과가 크다고 분석했다. 연구 책임자인 암리타 알루왈리아 교수는 대학 발표문에서 "심장마비와 뇌졸중을 일으킬 수 있는 심장과 혈관 질환은 여전히 전세계적으로 가장 큰 사망 원인이다. 그러나 다른 심각한 질병과는 달리 우리는 (비트 주스가) 심장과 혈관 건강을 극적으로 개선하는 특정 생활 습관을 바꿀수 있다는 점에서 운이 좋다"고 말했다. 이어 "이 연구는 일일 무기 질산염 복용량이 혈압을 낮추는 데 있어 의료 개입만큼 효과적일 수 있음을 입증했으며, 가장 좋은 점은 비트와 다른 잎이 많은 녹색 채소에서 이를 얻을 수있다는 것"이라고 강조했다. 이 연구에 자금을 지원한 영국 심장 재단의 수석 연구 고문인 섀넌 아모일스 박사는 "이 흥미로운 연구는 이 팀의 이전 연구를 바탕으로 진행되었으며, 매일 비트 주스 한 잔을 마시면 고혈압 환자의 혈압을 낮출 수 있다는 사실을 발견했다. 심지어 약물 치료로 고혈압을 조절하지 못하는 사람도 같은 효과를 얻었다"고 말했다. 한편, 비트는 샐러드 등 생 야채로 먹거나 조리된 야채로 먹을 수도 있고, 분말로 된 비트뿌리 가루로 섭취할 수도 있다. 건강 전문매체 헬스에 따르면 비트는 보충제나 순수 가루 형태로 꾸준히 섭취하면 운동 효과를 향상시킬 수 있다. 비트는 격렬한 신체 활동 후 신체 회복에도 도움이 된다는 설명이다. 또한 비트에 함유된 미네랄은 뼈 건강을 개선하는 효과가 있다. 여성의 경우 폐경 전후에는 칼슘 수치가 낮아져 뼈 건강에 영향을 받기 쉽다. 그러나 헬스는 비트뿌리 가루를 권장량 이상으로 너무 많이 섭취하면 폐암이나 기타 건상 문제의 위험이 증가할 수 있다고 지적했다. 또한 일부 비트 가루에는 제조과정에서 카드뮴과 같은 중금속이 포함되어 있을 수도 있다. 높은 수준의 카드뮴은 인체에 독이 될 수 있다. 비타민이나 보충제 섭취와 마찬가지로 비트 가루를 섭취할 때도 의료 전문가와 상담하는 것이 좋다고 전문가들은 조언했다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(36)] 비트 주스, 매일 마시면 혈압 낮추고 심장 보호
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영국 어린이 암 환자, 로봇 덕분에 학교 수업 참여
- 암으로 투병 중인 영국 런던의 한 학생이 대화형 로봇의 도움을 받아 학교 수업을 따라가고 있다고 BBC가 전했다. 주인공은 12세의 하워드. 하워드는 지난해 12월 희귀암 중 하나인 팔암 진단을 받고 올 1월부터 집중적인 화학 치료를 시작했다. 이 때문에 학교 출석률은 50% 미만으로 떨어졌다. 트위크넘에 소재한 학교에 다니던 하워드는 학교 수업을 따라가기 위한 방법을 찾았고, 'AV 하워드'라는 대화형 아바타와 시청각 로봇을 소개받아 집과 병원에서 수업을 받을 수 있게 됐다. 하워드가 수업을 받을 수 있도록 교사 및 동료 학생들은 AV 하워드를 수업에 활용하는 교육도 받았다고 한다. 하워드는 AV 하워드에 부착된 카메라를 사용해 책과 워크시트를 읽을 수 있었으며, 내장 스피커를 통해 동료 학생들과 대화할 수 있었다. 동료 학생들은 수업 시간마다 교대로 로봇을 운반해 하워드가 나머지 수업에 참여할 수 있도록 지원했다. 동료 학생들에게도 새로운 방식의 로봇 협업 수업이 교육 효과를 높이는 것으로 평가됐다. 수업에 더 적극적으로 참여하고 로봇과의 대화에 더 큰 흥미를 느꼈다는 것이다. 마틴 오설리번 교장은 "암 치료를 받는 학생은 교육 현장에서 멀어질 수밖에 없고, 학습 진도를 따라가지 못하는 물리적인 측면은 물론 동료와의 사회 생활을 이어가지 못하는 정신적인 건강 측면에서도 큰 문제가 될 수 있다. AV 하워드를 활용한 교육은 다양한 이유로 현장에서 교육을 받을 수 없는 학생들에게 희망을 주는 미래가 될 것"이라고 기대했다. 이 로봇은 하워드 등 중환자 어린이와 그 가족을 지원하는 자선단체인 차트웰 어린이 암 신탁(Chartwell Children's Cancer Trust)에서 제공했다. 하워드 지원이 긍정적인 효과를 보임에 따라 차트웰 신탁은 더 많은 어린이들이 로봇의 도움을 받을 수 있도록 조치할 방침이다. 차트웰 신탁의 가족 지원 담당 엠마 설은 "어린이 환자를 돌보고 있는 가족이 필요로 하는 것은 무엇일까를 끊임 없이 고민한다. 하워드에게 가장 필요한 것은 교육에 접근하는 것이었고, AV 하워드를 통해 솔루션을 찾아 냈다”고 말했다.
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- IT/바이오
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영국 어린이 암 환자, 로봇 덕분에 학교 수업 참여
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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발
- 미국 텍사스대 과학자들이 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가진 쥐 모델 개발에 성공했다. 이 모델은 또한 특정 항체 반응을 생성할 수 있는 인간과 유사한 장내 미생물군을 가지고 있는 것으로 보고됐다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 8일(현지시간) 보도했다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강 과학센터의 과학자들이 개발한 이 인간화된 쥐는 TruHuX(진정한 인간, 또는 THX)라는 이름을 가지고 있다. 텍사스 대학교 롱 의과대학 미생물학, 면역학 및 분자유전학과의 파울로 카살리(Paolo Casali) 교수 연구팀은 면역학 및 미생물학 분야에서 50년 이상의 경력을 지닌 연구자로, 항체 반응의 분자 유전학 및 후성유전학 분야의 전문가다. 연구팀은 기존 인간 모델의 한계를 극복하기 위해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 가진 인간화된 쥐 모델 개발을 목표로 했다. 쥐는 크기가 작고, 취급이 용이하며, 인간과 많은 면역 요소 및 생물학적 특성을 공유하고, 유전적 변형이 용이하기 때문에 생물학 및 생물 의학 연구에 널리 사용된다. 그러나 1600개 이상의 쥐 면역 반응 유전자 중 상당수는 인간 유전자와 일치하지 않아 인간 면역 반응 예측에 차이 또는 결함을 초래한다. 이러한 이유로 인간 면역 반응을 정확하게 재현하는 '인간화된 쥐' 모델 개발이 중요한 과제로 떠올랐다. 본 연구는 2024년 8월 '네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)' 저널에 게재될 예정이다. 탯줄 혈액서 분리한 인간 줄기세포 쥐 심장에 주입 연구팀에 따르면 이 TruHuX 쥐 모델에는 림프절, 생식 중심, 흉선 인간 상피 세포, 인간 T 림프구와 B 림프구, 기억 B 림프구, 그리고 인간에서 발견되는 것과 동일한 고도로 특이한 항체와 자가항체를 생성하는 형질 세포가 포함되어 있다. 1980년대에 인간 HIV 감염 및 면역 반응 모델링을 위해 처음으로 인간화된 쥐가 개발됐다. 이후 면역결핍 쥐에 인간 말초 림프구, 조혈모세포 또는 다른 인간 세포를 주입하는 방식으로 인간화된 쥐가 계속 개발되어 왔다. 그러나 기존 모델들은 완전히 기능하는 인간 면역 체계를 갖추지 못하고, 수명이 짧으며, 효과적인 면역 반응을 나타내지 못했다. 이로 인해 인간 면역 치료제 개발, 인간 질병 모델링 또는 인간 백신 개발에 적합하지 않았다. 카살리 교수 연구팀은 탯줄 혈액에서 분리한 인간 줄기세포를 면역결핍 NSG W41 돌연변이 쥐의 심장(좌심실)에 주입하는 방식으로 연구를 시작했다. 몇 주 후, 이식된 줄기세포가 안정화되면 쥐에게 17β-에스트라디올(E2)을 투여하여 호르몬 조절을 진행했다. 에스트로겐은 인체에서 가장 강력하고 풍부한 형태의 여성 호르몬이다. 에스트로겐을 통한 호르몬 조절은 이전 연구 결과에 근거하여 진행되었다. 이는 에스트로겐이 인간 줄기세포 생존율을 높이고, B 림프구 분화와 바이러스 및 박테리아에 대한 항체 생성을 촉진한다는 점을 시사한다. 카실리 박사는 "에스트로겐 활성을 중요하게 활용하여 인간 줄기세포와 인간 면역세포 분화 및 항체 반응을 지원함으로써 THX 쥐는 인간 면역계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 이렇게 개발된 TruHuX(THX) 쥐는 림프절, 배중심, 흉선 상피 세포, 인간 T 및 B 림프구, 기억 B 림프구 및 형질 세포를 포함해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 갖추고 있다. 프리스테인 주입시 루푸스 발현 THX 쥐는 실모넬라 편모 단백질 및 화이자 COVID-19 mRNA 백신 접종 후 각각 살모넬라 티피뮤리움 및 SARS-CoV-2 바이러스 스파이크 S1 RBD에 대한 성숙한 중화 항체 반응을 나타냈다. 또한 염증 반응을 유발하는 기름인 프리스테인 주입 후 전신성 호반성 루푸스 자가면역 질환을 발병할 수 있다. 카실리는 이 새로운 발견이 암 체크포인트 억제제와 같은 면역치료제, 인간 박테리아 및 바이러스 백신 개발, 다양한 인간 질병의 모델링 등 인간 생체 내 실험에 새로운 길을 열었다고 설명했다. 또한 이 새로운 접근 방식이 면역학 및 미생물학 연구에서 비인간 영장류 사용을 대체할 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 에스트로겐과 면역 체계에 대한 이전 연구가 부족했기 때문에 카실리 교수는 이번 발견이 해당 주제에 대한 추가 연구를 촉진하기를 기대하고 있다. 카실리 교수는 "THX 쥐는 에스트로겐 활동을 활용해 인간 줄기세포 및 면역세포 분화와 항체 반응을 지원함으로써 인간 면역 체계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 연구팀은 현재 THX 쥐 모델을 사용하여 전신 및 국소 수준에서 SARS-CoV-2(COVID-19)에 대한 생체 내 인간 면역 반응, 인간 기억 B 림프구, 생성을 위한 핵 수용체 RORα 의존성, RORα 발현 및 조절 장애로 이어지는 사건을 조사하고 있다. 연구팀은 또한 인간 형질세포 생성을 매개하는 후성유전학 요인과 메커니즘을 탐구하고 있다. 형질세포는 박테리아, 바시리스 또는 암세포에 대한 항체를 초당 수천개씩 만드는 일종의 세포 공장이다.
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- IT/바이오
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세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
- 중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
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[바이오] 영양소 기반 나노의학으로 암 치료 효율 높여
- 국제 연구진이 영양소를 활용해 암세포에서 휴면 중인 대사 경로를 재활성화함으로써 암을 치료하는 새로운 방법을 개발했다고 과학 전문 매체 사이테크데일리가 전했다. 연구팀은 나노의약 형태로 전달되는, 널리 사용되는 아미노산인 티로신을 활용해 피부암의 심각한 형태인 흑색종의 신진대사를 변화시킴으로써 암 성장을 억제했다고 한다. 이 연구는 중국 상하이 소재 국립 푸단대학교의 웬보 부 교수와 호주 시드니 공과대학의 다용 진 교수가 주도해 수행했으며 연구 결과는 권위 있는 학술 저널인 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 최신호에 게재됐다. 호주는 세계에서 피부암 발병률이 가장 높은 나라다. 이번에 개발된 새로운 접근법은 현재의 치료법과 결합해 흑색종을 더 온전하게 치료할 수 있다고 보고서는 밝혔다. 이 기술은 또한 다른 유형의 암을 치료할 가능성도 있다. 티로신 나노셀의 개발 티로신은 살아있는 유기체에서 생물학적 이용 가능성이 제한되어 있다. 그러나 연구진은 새로운 나노 기술을 사용해 티로신을 암 세포막에 유인되고 쉽게 분해돼 흡수를 촉진하는 나노미셀이라는 작은 입자로 포장했다. 연구팀은 그 후 실험실에서 쥐와 인간에서 채취한 흑색종 세포를 대상으로 개발된 치료법을 테스트했다. 그 결과 티로신 나노미셀이 휴면 대사 경로를 재활성화하고 멜라닌 합성을 유발하며 종양 성장을 억제한다는 사실을 발견했다. 진 교수는 "통제되지 않은 급속한 성장은 암세포와 정상 세포를 구별하는 핵심 특징이다. 암세포에서는 일부 대사 경로가 과활성화되고, 일부 대사 경로는 억제돼 급속한 확산에 필요한 환경이 조성된다"고 설명했다. 그는 또 "과거에 유방암에서 에스트로겐 합성을 방해하는 아로마타제 억제제와 다양한 암에서 대사 과정을 표적으로 하는 HK2 억제제 등 몇 가지 대사 기반 암 약물이 개발되었지만, 이러한 약물은 과도하게 활성화되는 대사 경로를 억제함으로써 작용한다"고 말했다. 부 교수는 "우리의 연구는 휴면 중인 대사 경로를 재활성화함으로써 암 성장을 멈출 수 있다는 사실을 처음으로 보여준 결과다. 이는 안전하고 쉽게 이용 가능하며 내약성이 좋은 아미노산, 설탕, 비타민 등 간단한 영양소를 사용해 시행할 수 있다"고 의미를 부여했다. 다양한 유형의 암은 다양한 영양소에 반응한다. 흑색종 세포는 멜라닌을 생성하는 피부 세포인 멜라닌 세포에서 발생한다. 티로신은 멜라닌 생성에 필요하며 멜라닌 생성을 자극할 수 있으므로 흑색종에 효과가 있다. 멜라닌 합성의 재활성화는 흑색종 세포가 당분을 에너지로 변환하는 과정인 대사 과정을 감소시키도록 하며, 이는 항암 효과의 메커니즘으로 여겨진다. 흑색종 세포는 또한 열 스트레스에 취약하다. 연구진은 티로신 나노미셀 치료와 근적외선 레이저 치료를 결합함으로써 테스트 6일 후에 생쥐의 흑색종을 박멸했으며, 연구 기간 동안 재발하지 않았다는 사실도 확인했다. 이번 연구 결과는 암 치료를 위한 나노의학 부문에서 새로운 진전을 이루었음을 시사한다는 평가다.
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[바이오] 영양소 기반 나노의학으로 암 치료 효율 높여
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[신소재 신기술(69)] AI, 당 분석으로 암 조기 진단 새지평 열다
- 스웨덴 예테보리 대학교 연구원들이 당 분석을 통해 암 발견 가능성을 획기적으로 높인 인공지능(AI) 모델을 개발했다. 세포 내 당 분자 구조인 글리칸을 활용하는 이 AI 모델은 현재의 반수동 방식보다 빠르고 정확하게 암 관련 이상을 감지한다고 메디컬 익스프레스가 지난 1일(현지시간) 보도했다. 글리칸(Glycan)은 탄수화물의 일종으로 당 분자(단당류)들이 사슬처럼 연결되어 있는 중합체다. 글리칸은 다양한 생물학적 기능을 수행하는데, 특히 세포 표면에 존재하는 당단백질이나 당지질의 구성 성분으로 매우 중요하다. 글리칸은 질량 분석법으로 측정 가능하며, 암의 종류를 나타내는 지표로 활용될 수 있다. 암 세포는 다른 글리칸 패턴을 가지고 있기 때문에 글리칸 분석은 암 진단 및 치료에 활용될 수 있다. 그러나 질량 분석 데이터는 글리칸 조각으로부터 구조를 파악하기 위해 전문가의 세심한 분석이 필요하며, 샘플 당 수 시간에서 수 일이 소요될 수 있다. 샘플 분석 작업은 마치 수년간의 경험을 통해 습득된 탐정 작업과 유사하기 때문이다. 따라서 수많은 샘플을 분석해야 하는 암 진단 등 글리칸 분석 활용에 있어 이 과정은 종종 병목 현상을 초래했다. 이에 예테보리 대학 연구팀은 샘플 분석 작업을 자동화하는 AI 모델인 '캔디크런치(Candycrunch)'를 개발했다. 이 모델은 테스트당 불과 몇 초만에 분석 작업을 해결하는 것으로 확인됐다. 연구 결과는 '네이처 메소드(Nature Methods)' 저널에 게재됐다. AI 모델 캔디크런치는 50만 개 이상의 다양한 조각화 및 관련 당 분자 구조 예시 데이터베이스를 통해 훈련됐다. 예테보리 대학교의 다니엘 보야르(Daniel Bojar) 생물정보학 부교수는 "캔디크런치는 샘플 내 정확한 당 구조를 90% 정도 계산할 수 있다"고 밝혔다. 이는 곧 AI 모델이 DNA, RNA 또는 단백질과 같은 다른 생물학적 서열 분석과 동일한 수준의 정확도에 도달할 수 있음을 의미한다. 이 AI 모델은 빠르고 정확안 답변을 제공하기 때문에 암 진단과 예후를 위한 글리칸 기반 바이오마커 발견을 더욱 가속화할 수 있다. 보야르 교수는 "가장 큰 병목 현상을 자동화함으로써 글리칸 분석이 생물학 및 임상 연구에서 더 큰 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다. AI 모델인 캔디크런치는 농도가 낮아 사람들이 분석할 때 놓치기 쉬운 구조도 식별할 수 있어 새로운 글리칸 기반 바이오마커 발견에 도움을 줄 수 있다는 평가다.
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