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2024-11-22 (금)

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[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!

햇빛을 받아 에너지를 만드는 동물, 상상이나 해봤는가? '광합성을 하는 동물'은 마치 SF 영화 속 이야기 같지만, 이제 현실이 되고 있다. 일본 도쿄대학교 마츠나가 사치히로 교수 연구팀은 동물 세포에 조류(藻類)의 엽록체를 이식해 광합성을 가능하게 하는 혁신적인 기술을 개발했다. 이는 동물과 식물의 생물학적 경계를 허물며 의학, 식량 생산, 환경 개선 등 다양한 분야에서 획기적인 변화를 예고한다. 50년 넘는 난제, 마침내 해결! 광합성은 햇빛, 물, 이산화탄소를 이용해 산소와 포도당을 생성하는 과정으로, 지구 생태계를 유지하는 핵심이다. 식물, 조류, 일부 박테리아가 광합성을 통해 스스로 영양분을 만들고 산소를 생성한다. 이는 동물의 생존에 필수적인 요소다. 동물 세포에 광합성 기능을 도입하려는 시도는 1970년대부터 있었지만, 동물 세포가 엽록체를 이물질로 인식하고 파괴하는 면역 반응 때문에 번번이 실패했다. 마츠나가 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 동물 세포의 고온 환경(37℃)에서도 생존 가능한 홍조류(紅藻類)인 시아니디오시존 메롤래(Cyanidiochyzon merolae) 엽록체를 선택하고, 동물 세포가 엽록체를 '먹이'로 섭취하도록 유도해 면역 반응을 우회하는 전략을 사용했다. 이 홍조류는 이탈리아의 화산 온천에서 자라고 37℃ 이상의 온도에서 광합성을 할 수 있었다. 연구팀은 이 엽록체를 동물 세포에 강제로 주입하는 대신 배양액에 첨가한 다음 중국 햄스터 난소 세포에 먹였다. 동물 세포, 엽록체와 공존하며 광합성하다! 그 결과, 동물 세포는 엽록체를 파괴하지 않고 최대 48시간 동안 공존하며 광합성 초기 반응을 성공적으로 나타냈다. 뿐만 아니라 엽록체로부터 추가적인 에너지를 공급받아 성장 속도가 증가하는 현상도 확인됐다. 연구팀은 이틀간의 공동 배양 직후 세포의 1%가 "엽록체가 풍부해졌다"고 밝혔다. 이는 엽록체를 7개 이상 흡수했다는 의미다. 추가로 20%의 세포는 엽록체가 1개에서 3개 사이인 것으로 밝혀졌다. 중요한 것은 이들 엽록체가 이틀 동안 더 활동했으며, 이 기간 동안 숙주 세포가 빠른 속도로 성장했다는 점이다. 이는 엽록체가 잠재적으로 탄소 공급원으로 작용하면서 광합성이 실제로 일어나고 있음을 나타난다고 IFL 사이언스가 전했다. 마츠나가 교수는 "50년 동안 모든 생물학 연구자들이 포기했던 일을 해냈다는 사실에 놀랐다"며 이번 연구 성과에 대한 소감을 밝혔다. 생물학의 경계를 허물다 연구팀은 이러한 동물-식물 잡종 세포를 영어의 식물(plant)과 동물(animal)을 합성한 신조어인 '플래니멀(planimal)' 세포라고 이름을 붙였다. 이 기술은 동물 세포가 스스로 에너지를 생성하는 가능성을 열며 생명과학의 패러다임을 바꾸고 있다. 엽록체를 통해 공급받은 에너지로 동물 세포의 성장 속도가 증가하는 현상이 확인되면서, 자율적인 에너지 생산 시스템 구축에 대한 기대감이 높아지고 있다. 의학·식량·환경, 응용의 무한 가능성 이번 기술은 바이오산업의 여러 분야에서 실질적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 먼저, 의료 분야에서는 심장병 환자의 손상된 심장에 광합성 세포를 이식하여 빛으로 산소를 공급, 회복을 돕는 치료법이 개발될 수 있다. 또한, 산소 공급의 한계를 극복해 대형 조직 배양 및 이식 기술을 크게 발전시킬 수 있다. 식량 생산 분야에서는 배양육 생산에 광합성 동물 세포를 활용하여 외부 산소 공급 없이 자체적으로 산소를 생성, 생산 비용을 절감하고 효율성을 극대화할 수 있다. 이는 지속 가능한 식량 생산의 돌파구가 될 전망이다. 환경 문제 해결에도 기여할 수 있다. 광합성 동물 세포는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 기능을 통해 탄소 배출 감소와 환경 복원에 기여할 수 있으며, 탄소 중립 목표를 추구하는 기업들에게 획기적인 솔루션을 제공할 수 있다. 남은 과제와 미래 전망 물론 아직 넘어야 할 산도 있다. 추가 관찰 결과 이 이식된 엽록체는 2일 후에 분해되기 시작해 4일째 완전히 파괴됐다. 이 기술을 완성하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 연구팀은 "이미 합성 생물학 기반 접근법이 인공 광합성 동물 세포를 만드는 데 기초가 될 수 있다"며 이번 연구 성과에 대해 기대감을 드러냈다. 그럼에도 불구하고 광합성 기능을 안정적으로 유지하려면 엽록체의 장기 생존 및 효율적인 공생 메커니즘 구축이 필수적이다. 또한, 이 기술이 대규모로 활용되기 위해서는 사회적 수용성과 윤리적 검토도 병행되어야 한다. 광합성 동물 세포 기술은 생명공학의 새로운 문을 열며, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 도구로 자리매김할 전망이다. 이 기술이 의학, 식량, 환경 등 다양한 분야에서 어떠한 변화를 가져올지, 앞으로의 발전이 더욱 기대된다. 이번 연구는 단순한 학문적 성과를 넘어, 미래 바이오산업의 초석이 될 기술적 기반을 제공했다는 점에서 주목할 만하다. "동물이 햇빛을 먹는다"는 발상이 이제는 더 이상 SF 영화 속 이야기가 아닌, 현실로 다가오고 있는 것이다. 이 연구 결과는 '일본 학술원 회보 B(proceedings of tje Japan Academy, Series B)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-11-21
[신소재 신기술(130)] AI 기술 접목한 로봇, 비디오만 보고 외과 수술 성공

인공지능(AI) 기술을 접목한 로봇 시스템이 비디오 영상을 통해 외과 수술 방법을 훈련하고, 수술을 성공적으로 수행했다. 인간 의사가 수술을 집도하려면 수년간의 집중적인 연구와 꾸준한 노력이 필요하지만, 로봇은 오늘날의 AI 기술을 통해 이를 더 쉽게 습득할 수 있을 것으로 보인다. 미국 존스홉킨스 대학(JHU)과 스탠포드 대학의 연구진이 개발한 로봇 수술 시스템은 수술 과정을 담은 비디오를 통해 훈련하는 것만으로 인간 의사만큼 능숙하게 여러 수술 작업을 수행하도록 훈련된 것이다. 연구 결과는 JHU 공식 홈페이지에 소개됐다. 게시글에 따르면 연구진은 이 연구에서 다빈치 수술 시스템을 활용했다. 이는 일반적으로 해부, 흡입, 혈관 절단 및 봉합과 같은 작업을 위한 기구를 조작하는 팔이 달린 로봇을 외과 의사가 원격으로 조작하는 시스템이다. 이 시스템은 외과의에게 훨씬 더 큰 제어력과 정밀도를 확보하고, 수술대 위의 환자를 자세히 들여다볼 수 있는 기능을 제공한다. 최신 버전의 로봇 수술 시스템 가격은 200만 달러(약 28억원) 이상으로 추정되며, 액세서리, 멸균 장비 또는 훈련 등은 별도다. 연구진은 모방 학습이라고 알려진 머신러닝을 사용하여 다빈치 수술 시스템이 수술 과정과 관련된 세 가지 작업, 즉 바늘 조작, 신체 조직 리프팅, 봉합을 스스로 수행하도록 훈련했다. 이 외과 로봇 시스템은 인간 의사가 할 수 있는 것처럼 수술을 잘 수행했을 뿐만 아니라 스스로 실수를 바로잡는 법도 배웠다. 연구원인 악셀 크리거 JHU 교수는 "예컨대 바늘을 떨어뜨리면 자동으로 집어 올려 수술을 계속한다. 사람이 가르쳐서 한 게 아니다"라고 설명했다. 연구진은 챗GPT와 같은 생성형 AI 챗봇이 구축된 머신러닝 아키텍처와 모방 학습을 결합해 AI 모델을 훈련했다. 일반 챗봇은 텍스트로 작업하도록 설계된 반면, 이 모델은 숫자나 방정식과 같은 수학적 요소로 동작을 설명하는 데 사용되는 언어인 운동학을 통해 수술 시스템의 팔 동작을 지시한다. 모델은 수술 과정 중에 다빈치 로봇의 팔에 부착된 손목 카메라로 녹화된 수백 개의 비디오를 사용해 훈련됐다. 연구진은 이 모델이 수술 로봇의 동작을 지시하는 데 필요한 모든 단계를 수동으로 코딩하는 기존 방법보다 훨씬 더 빠르고 쉽게 모든 유형의 수술 절차를 수행하도록 로봇을 훈련시킬 수 있다고 주장했다. 이는 자동화된 수술을 더 빨리 현실화하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 크리거 교수는 "새로운 모델의 장점은 다양한 절차의 모방 학습만 수집하면 며칠 안에 로봇이 이를 학습하도록 훈련시킬 수 있다는 것"이라며 "이를 통해 의료 실수를 줄이고 더 정확한 수술을 수행하는 동시에 자율성이라는 목표를 가속할 수 있다"고 밝혔다. 이 연구는 최근 몇 년 동안 로봇 지원 수술 분야에서 가장 큰 혁신 중 하나로 꼽힌다. 복잡한 수술에 사용할 수 있는 자동화된 장치가 몇 가지 있는데, 예를 들어 심혈관 수술을 위한 코린더스(Corindus)의 코패스(CorPath) 시스템이 그렇다. 그 기능은 일반적으로 해당 수술의 특정 단계에만 제한된다. 크리거 연구팀은 과거 수술 작업을 자동화하는 다른 접근 방식도 연구했다. 연구진은 2022년, 스마트 조직 자율 로봇(STAR)을 개발했다. 구조적 광(光·빛) 기반 3차원 내시경과 머신러닝 기반 추적 알고리즘의 안내를 받는 로봇은 인간 의사의 개입 없이 돼지 장의 양쪽 끝을 봉합했다. JHU 연구진은 현재 모방 학습 방법으로 로봇이 전체 수술을 수행할 수 있도록 훈련시키는 작업을 진행하고 있다. 로봇이 외과의를 완전히 대체하는 데는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이와 같은 혁신을 통해 환자들은 복잡한 치료를 더 안전하고 쉽게 받을 수 있을 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-11-14
[퓨처 Eyes(57)] 세포도 웨어러블 입는 시대…"생체 전자장치의 혁명"

웨어러블 기술이 스마트워치나 피트니스 트래커를 넘어 세포 단위까지 진화하고 있다. MIT 연구진은 최근 개별 세포의 전기적, 대사 활동을 측정하고 조절할 수 있는 혁신적인 세포용 웨어러블 장치를 개발했다고 밝혔다. 빛에 반응하는 부드러운 고분자 '아조벤젠'으로 만들어진 이 장치는 빛의 세기와 방향에 따라 세포를 감싸거나 펼쳐지며 세포 활동을 제어한다. 마치 세포에 옷을 입히고, 빛으로 그 옷을 조종하여 세포의 활동을 제어하는 것과 같다. 세포용 웨어러블의 구조와 기술적 혁신 MIT 연구진이 개발한 세포용 웨어러블 장치는 부드러운 고분자인 '아조벤젠'으로 만들어져 있다. 아조벤젠은 빛을 받으면 말리는 성질을 가지고 있어, 이를 통해 세포의 다양한 부위를 감싸는 방식으로 작동한다. 연구팀은 빛의 세기와 방향을 조절함으로써 장치의 말림과 세포와의 접촉 방식을 정밀하게 제어할 수 있다. 이를 통해 이 장치는 세포를 손상시키지 않으면서도 꼭 맞게 감싸는 기술을 구현할 수 있었다. 또한, 최근의 합성 생물학적 연구와 세포 외부 반응 시스템(cell-free synthetic biology)을 기반으로 한 기술들은 웨어러블 장치의 가능성을 크게 확장하고 있다. 합성 생물학은 생체 시스템을 제어할 수 있는 전례 없는 가능성을 열어주었고, 다양한 생물학적 회로와 센서를 설계할 수 있는 기반을 마련했다. 특히, 세포 외부 반응 시스템은 세포를 직접 사용하지 않으면서도 유전자 회로를 활용해 원하는 반응을 이끌어낼 수 있다는 점에서 기존의 생체 웨어러블 기술의 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 무선 작동과 생체 적합성 이 장치는 배터리가 필요 없으며, 몸 안에서 자유롭게 부유하는 형태로 존재한다. 외부에서 빛을 조사하여 비침습적으로 장치를 작동시킬 수 있어, 신체 내부 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. MIT 연구진은 수많은 실험을 통해 이 장치가 신경세포와 상호작용하면서도 세포에 손상을 주지 않고 생체 적합성을 유지할 수 있음을 입증했다. 또한, 이러한 웨어러블 시스템에는 유전자 회로를 포함한 다양한 센서를 사용해 세포 내부와 외부의 다양한 분자들을 탐지하고 반응할 수 있도록 설계할 수 있다. 이러한 점에서 이 기술은 매우 혁신적이다. 신경 질환 치료의 잠재성 세포용 웨어러블 장치는 특히 신경계 질환, 예를 들어 다발성 경화증(MS)과 같은 질환의 치료에서 그 가능성을 높이 평가받고 있다. 다발성 경화증 환자는 신경을 보호하는 '미엘린'이라는 층이 손상되는데, MIT 연구진의 장치는 이 손상된 축삭을 감싸 합성 미엘린의 역할을 수행할 수 있다. 연구팀의 주저자인 데블리나 사카르는 "이 기술은 세포 수준에서 작동하는 합성 미엘린을 통해 다발성 경화증 환자들의 신경 기능을 회복시키는 데 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 이 장치가 단순한 실험적 기술을 넘어, 신경계 질환을 치료할 수 있는 실질적 도구가 될 가능성을 가지고 있는 것이다. 생체 전자장치의 미래와 윤리적 과제 MIT 연구팀은 세포용 웨어러블 장치가 합성 미엘린 역할뿐만 아니라 다양한 광전기 물질과 결합해 세포를 자극하는 데 사용할 수 있음을 보여주었다. 예를 들어, 장치 위에 원자 수준의 얇은 재료를 덮어 패턴화하면, 여전히 말려서 미세 튜브 형태를 만들 수 있다. 이는 장치가 다양한 신호(전기적, 광학적, 열적 신호 등)를 세포에 전달할 수 있는 플랫폼으로서 사용될 가능성을 열어주고 있다. 이러한 기술은 신경과학 연구뿐만 아니라 인공지능 기술과의 결합을 통해 인간의 뇌 연구와 질병 치료의 새로운 가능성을 제시할 수 있다. 그러나 이러한 기술이 인체에 도입되는 만큼 윤리적 고민 역시 동반된다. 비록 비침습적 방식이라 할지라도 인체 내부에 장치를 설치하는 것에 대한 프라이버시 문제와 인체에 미칠 장기적 영향에 대한 우려가 존재한다. 펜실베이니아 대학교의 플라비아 비탈레 교수는 "이 기술은 세포 수준에서 신경세포와 상호작용하는 전례 없는 해상도를 보여준다. 하지만 그 사용에는 윤리적 고려가 필요하다"고 말했다. 기술의 발전과 함께 그에 따른 책임과 윤리적 기준을 마련하는 것이 중요하다. 미래의 신경과학과 의학의 패러다임 변화 세포 자체가 장치를 착용하는 시대가 도래하고 있다. 이러한 세포용 웨어러블 장치는 신경계 질환 치료의 새로운 장을 열어줄 뿐만 아니라, 생체 전자장치가 인체와 어떻게 상호작용하고 우리의 건강을 관리할 수 있을지를 새롭게 정의할 것이다. 이 혁신적인 기술은 단순한 상상이 아니라, 이제 곧 우리의 현실로 다가오고 있다. 우리는 이 혁신이 인체와 어떻게 공존할 수 있을지를 탐구하고, 그에 따른 윤리적 과제를 함께 고민해야 할 것이다. 데블리나 사카르 교수는 "우리가 보여준 이 기술의 가능성은 앞으로의 연구와 응용에 있어 엄청난 잠재력을 가지고 있다"고 말했다. 지금 우리는 미래 과학의 첫걸음을 내딛고 있는 것이다.
- 포커스온
2024-11-07
'최후의 날' 남극 빙하, 예상보다 빨리 녹아…지구공학 논의 촉발

'최후의 날 빙하(Doomsday Glacier)'라고도 불리는 남극의 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)가 기후 변화로 예상보다 빠르게 녹아내리고 있다. 이로 인해 기후 변화 솔루션으로서 지구 공학에 대한 논의가 본격화되고 있다고 PHYS가 전했다. UC 어바인 캠퍼스와 워털루 대학교 전문가들이 주도한 최근의 연구에서, 연구진은 온난화된 조류가 스웨이츠 빙하의 녹는 속도를 높이고, 컴퓨터 모델에서 예측한 것보다 더 빨리 후퇴하고 있다는 사실을 발견했다. 스웨이츠 빙하의 운명이 여전히 불확실한 가운데, 학계 일각에서는 빙하가 녹는 속도를 늦추기 위해 환경을 바꾸는 아이디어로 눈을 돌리고 있다. ◇ 따뜻한 조류로 인한 가속 용융의 이해 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상(WAIS)의 바다를 마주한 가장자리를 따라 위치한 빙하 중 하나다. WAIS는 텍사스의 거의 3배 크기의 거대한 얼음으로, 서남극 대륙의 해수면 아래 분지에 위치해 있다. 바다가 분지를 채우고 얼음을 녹이거나 떨어뜨리는 것을 막는 유일한 방벽은 빙하이다. 이러한 상황으로 인해 과학자와 언론은 플로리다주 전체보다 큰 스웨이츠 빙하를 '최후의 날 빙하'라고 부르게 되었다. 그 이유는 이 빙하가 무너지면 따뜻한 바닷물이 WAIS를 녹여 해수면을 거의 335cm까지 올릴 수 있기 때문이다. 이렇게 되면 많은 해안 대도시와 작은 섬나라들이 극도의 위험에 처하게 된다. 참고로 스웨이츠 빙하는 한국 면적의 약 1.9배에 달하는 엄청나게 큰 규모이다. 텍사스는 한국 면적의 약 6.9배에 달한다. 스웨이츠 빙하는 기후 변화로 인해 매년 500억 톤의 얼음을 잃으면서 빠르게 후퇴하고 있으며, 이미 지구 해수면 상승의 4%를 차지하고 있다. 재앙적인 해수면 상승으로 인해 스웨이츠 빙하의 붕괴와 그에 따른 WAIS의 퇴출은 기후 과학에서 티핑 포인트(임계점)라고 알려졌다. 티핑 포인트는 임계점(이 경우 대기 및 해양 온난화)을 넘어 기후 시스템에 대규모의 가속화되고 돌이킬 수 없는 변화로 이어지는 경우이다. 스웨이츠 빙하가 녹으면 WAIS가 붕괴되고, 이는 돌이킬 수 없는 해수면 상승을 일으켜 수백만 명을 위험에 빠뜨리고 다른 빙하의 온난화를 가속할 것이다. UC 어바인과 워털루 대학교 연구진이 주도한 이번 빙하 연구는 고해상도 위성 이미지와 수문 데이터를 사용해 얼음 아래의 따뜻한 조류 흐름과 그에 따라 얼음이 더 빨리 녹는 지역을 식별했다. 얼음이 녹는 속도를 이해하는 것은 해수면 상승을 예측하는 데 중요하다. 워털루 대학교의 빙하학과 크리스틴 다우 교수는 "우리는 그 얼음이 사라지는데 100년, 또는 500년이 걸리기를 바랬지만 그보다 훨씬 빨리 사라질 수도 있다는 우려가 있다"고 말했다. 물론 WAIS에 대한 희망이 없는 것은 아니다. 다트머스 대학과 에든버러 대학교 연구진의 분석에 따르면, 스웨이츠 빙하는 이전에 생각했던 것처럼 해양 빙하 절벽 불안정성(MICI)이라는 과정에 그리 취약하지 않다. MICI 가설은 높은 빙하 절벽은 빙하가 후퇴하면서 불안정하고 더 쉽게 무너진다는 것이지만, 이 연구는 스웨이츠 빙하가 얇아지면 실제로 빙하 붕괴 속도가 감소하고 빙하 절벽이 안정화될 수 있다고 주장한다. ◇ 해결책으로서의 지구공학에 대한 논쟁 불확실성과 함께 스웨이츠 빙하가 예상보다 빨리 녹아 급격하고 극심한 해수면 상승 발생 가능성에 직면하여, 일부 과학계에서는 가능한 해결책으로 빙하 지구공학에 초점을 맞추고 있다. 빙하 지구공학은 지구 온도가 상승하더라도 빙하 후퇴를 늦추거나 멈추도록 기술과 인프라를 사용하는 프로세스를 말한다. 시카고 대학의 '기후 시스템공학 이니셔티브'에 소속된 빙하학자 그룹은 지난 7월 급속히 녹는 빙하 위협에 대응해 빙하 지구공학에 대한 더 많은 연구를 진행할 것을 촉구하는 보고서를 발표했다. 보고서에 참여한 라플란드 대학교 북극 센터의 존 무어 교수는 빙하 지구공학 연구의 시급성을 설명했다. 그는 빙하 지구공학을 적용할 만큼 충분히 이해하려면 15~30년이 걸릴 것이기 때문에 즉시 시작해야 한다고 역설했다. 빙하 지구공학 아이디어 중에는 스웨이츠 빙하 등 위험에 처한 곳에 따뜻한 조류가 흘러드는 것을 막는 거대한 잠수함 커튼을 만드는 것도 포함돼 있다. 커튼은 천으로 만들 수 있으며, 커튼에 구멍을 뚫고 공기를 펌핑하는 파이프를 설치해 스웨이츠 빙하와 따뜻한 바닷물 사이에 놓는다는 것이다. 이와 같은 빙하 지구공학적 개입은 올바르게 구현된다면 매우 유용할 수 있다는 지적이다. 그러나 아이디어 중 다수는 달성하기 어렵거나 불가능하다는 주장도 만만치 않다. 오히려 탄소 배출을 줄이자는 목표를 흐리게 만든다는 주장이다. 지구공학에 지나치게 의존하면 탄소 배출을 억제하는 조치를 취하지 못할 수 있다는 것이다. 그러나 학계는 지구공학이 만병통치약은 아니더라도 강력한 치료제가 될 수는 있다고 본다. 빙하 지구공학이 기후 변화에 대한 만병통치약과 같은 해결책은 아니지만, 진통제 역할은 할 수 있다고 본다. 진통제는 심한 고통을 덜어 주면서 신체가 병을 치료할 수 있도록 지원한다. 여전히 빙하 지구공학에 대한 논쟁은 진행 중이다.
- 포커스온
2024-11-06
[먹을까? 말까?(71)] 과음, 만성 통증 부른다

과도한 음주는 만성 통증으로 이어질 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 스크립스 연구소 연구팀은 과도한 음주가 알코올 금단 증상으로 인한 만성 통증을 유발할 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 해당 연구 결과는 국제 학술지 약리학 연구(Pharmacological Research)에 게재됐다. 연구팀은 쥐를 이용한 동물 실험에서 알코올 섭취량과 금단 증상으로 인한 통증 민감도 사이의 연관성을 확인했다. 팀은 과도한 음주를 한 쥐와 적당한 음주를 한 쥐 두 가지 모델을 시험했다. 5주간 알코올을 섭취한 후 일부 쥐는 26일간 금주를 경험했다. 적적량의 알코올을 섭취한 쥐는 금단 증상 후 약 7일만에 통증 민감도가 정상으로 돌아왔지만, 과도한 음주를 한 쥐는 금단 증상 후에도 통증 민감도가 높게 유지되거나 영구적인 통증을 경험했다. 신경계내 화학 물질 변화와 관련 연구팀은 이러한 만성 통증이 신경계 내 호학 물질인 엔도카나비노이드(endocannabinoid)의 변화와 관련 있다는 사실을 밝혀냈다. 특히 엔도카나비노이드의 일종인 2-AG가 알코올 금단으로 인한 통증 치료에 유용한 약물 표적으로 활용될 수 있음을 시사했다. 마리사 로베르토 스크립스 연구소 신경과학과 교수는 "장기간의 알코올 섭취는 일시적으로 통증 만감도를 변화시키지만, 음주를 중단하면 회복될 수 있다"면서도 "하지만 과도한 음주는 알코올로 인한 변화를 되돌릴 수 없게 만들어 약물 치료가 필요할 수 있다"고 설명했다. 알코올 사용 장애, 코로나19 팬데믹 이후 증가 추세 미국에서는 약 2900만 명이 알코올 사용 장애(AUD)를 겪고 있으며, 코로나19 팬데믹 이후 그 수가 증가했다. 알코올 사용 장애는 신경병증성 통증을 유발하며, 알코올 금단 증상이 나타날 때 통증이 더 심해지는 경향이 있다. 특히 여성은 남성보다 알코올 사용 및 금단 증상 중 신경병증성 통증을 더 자주 경험하는 것으로 알려져 있다. 참고로 미국 인구조사국에 따르면 2024년 1월 1일 기준 미국 인구는 약 3억 3580만명이다. 즉, 미국 인구의 8.64%가 알코올 사용 장애를 겪고 있다는 뜻이다. 2-AG 조절 약물, 알코올 금단 관련 통증 치료제 가능성 제기 연구팀은 쥐의 등쪽 뿌리 신경절을 분석한 결과, 과도한 음주를 한 쥐에서 알코올 금단 후 2-AG 수치가 감소한 것을 발견했다. 2-AG 수치 감소는 통증 민감도 증가와 직접적인 연관성을 보였다. 이번 연구는 알코올 금단으로 인한 만성 통증의 메커니즘을 밝히고, 2-AG 조절 약물이 알코올 사용 장애 환자의 이질 통증에새로운 치료법이 될 수 있음을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 연구팀은 향후 성별에 따른 차이를 추가로 연구하고, 2-AG 대사를 조절하는 분자들의 치료 가능성을 평가할 계획이다. 이번 연구는 지난 8월 적당한 음주도 건강에 해롭다는 연구 결과 이후에 나온 것이다. 미국의사협회저널(JAMA)은 지난 8월 12일 적당한 음주는 노년층에게 아무런 이점을 제공하지 않으며 오히려 질병 관련 사망 위험을 높이는 것으로 나타났다고 밝혔다. 이는 하루 한 두잔의 술, 특히 와인이 건강에 좋다는 통념을 뒤집는 것으로 주목된다.
- 생활경제
2024-10-23
일본 아스텔라스 제약 위암약, 미국 FDA 사용승인 받아

일본 아스텔라스제약은 20일(현지시간) 미국 식품의약청(FDA)이 위암치료약 '졸베툭시맙'(상표명 빌로이)를 승인했다고 밝혔다. 로이터통신은 FDA가 위 또는 식도와 위 접합부에 암이 있는 환자에 대해 화학요법과 합쳐 사용하는 '졸베툭시맙'의 사용을 승인했다고 보도했다. 졸베툭시맙은 지난해 여름 FDA에 승인신청이 접수되고 우선심사로 지정됐으나 제조를 위탁하고 있는 의약품제조수탁기관(CMO)에서 지적사항이 발생하면서 심사기한이었던 1월 12일까지 승인을 취득하지 못했다. 지적사항 내용에 관해서는 공개하지 않았다. 아스텔라스는 "FDA는 유효성과 안전성에 우려가 없는 점에서 추가 임상시험도 요구하지 않았다"라고 말하고 CMO가 지적사항에 대응한 점을 확인한 뒤 승인신청을 재제출했다. FDA는 11월9일 사용승인 여부를 결정하게 돼 있었다. 졸베툭시맙은 지난 3월에 일본에서 승인됐으며 8월에는 영국 의약품∙의료제품규제청으로부터도 사용승인을 받았다. 한국에서도 식품의약품안전처이 현재 한국아스텔라스제약의 클라우딘18.2 양성 HER2 음성인 치유절제 불능의 진행 및 재발성 위암치료제 빌로이의 허가 심사를 진행중이다. 모노클로날 항체인 졸베툭시맙은 위 또는 식도와 위의 접합부에 암이 있어 수술로 절제할 수 없거나 다른 신체의 부분으로 전이하고 있는 환자에게 사용이 인정된다. 미국암협회에 따르면 위암은 매년 미국에서 새롭게 진단된 암중 약 1.5%를 차지한다. 올해에만 2만6890명이 위암 진단을 받고 약 1만명의 사망자가 발생할 것으로 추정된다.
- IT/바이오
2024-10-21
[신소재 신기술(122)]MRI, AI 모델 학습으로 뇌 이상 진단 정확도 높인다

미국 과학자들이 뇌의 이상을 진단하는 MRI(자기공명영상)의 정확도를 높이는 머신러닝 모델을 개발했다. 캘리포니아대 샌프란시스코(UCSF) 연구팀이 인공지능(AI)을 활용하여 3T MRI 화질을 7T MRI 수준으로 향상시키는 기술을 개발했다고 뉴로사이언스닷컴 뉴스가 전했다. 이 연구는 지난 7일 제27회 의료영상 컴퓨팅 및 컴퓨터 지원 개입 국제 학술대회(MICCAI)에서 발표됐다. 수석 연구 저자인 UCSF 신경과 조교수인 레자 아바시아슬(Reza Abbasi-Asl)은 "저희 논문은 낮은 품질의 이미지에서 고품질 MRI를 합성하는 머신러닝 모델을 소개한다. 이 AI 시스템이 외상성 뇌 손상에서 MRI로 포착한 뇌 이상을 시각화하고 식별하는 방법을 보여준다"고 설명했다. 저품질 MRI 영상의 고품질화 3T MRI와 7T MRI의 가장 큰 차이점은 자기장의 세기이다. 숫자가 높을수록 자기장이 강하다는 것을 의미하며, 이는 영상의 해상도와 선명도에 직접적인 영향을 미친다. 7T MRI는 3T MRI보다 두 배 이상 강력한 자기장을 사용하기 때문에 더욱 선명하고 상세한 이미지를 얻을 수 있다. 연구팀은 경도 외상성 뇌 손상(TBI) 환자의 3T MRI 영상 데이터를 사용하여 AI 모델을 학습시켰다. 이 모델은 3T MRI 영상을 기반으로 7T MRI와 유사한 고품질 영상을 생성하며, 뇌 병변의 경계를 더욱 선명하게 보여주어 진단 정확도를 높이는 데 기여할 수 있다. 참고로, 미국에서 대부분의 임상 MRI는 1.5T 또는 3T MRI 시스템으로 수행된다. 미국국립보건원(NIH)은 2022년 전 세계적으로 진단 영상에 사용되는 7T MRI는 약 100대에 불과하다고 밝혔다. 신경 퇴행성 진단 활용 기대 연구 결과, 합성된 7T MRI 영상은 실제 7T MRI와 비슷한 수준의 해상도를 보였으며, 뇌 병변의 경계를 더욱 명확하게 구분하고 미세 출혈을 더 잘 포착하는 것으로 나타났다. 특히, 백질 병변 내 다양한 특징을 더욱 세밀하게 보여주어 다발성 경화증과 같은 신경 퇴행성 질환 진단에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이 기술은 뇌의 해부학적 구조를 세밀하게 관찰해야 하는 TBI 및 다발성 경화증 환자의 진단 및 치료에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다. 하지만 연구팀은 "AI 기반 합성 기술이 임상 현장에 적용되기 위해서는 광범위한 검증이 필요하다"며 "향후 모델 결과에 대한 임상적 평가, 모델 생성 영상에 대한 임상 등급 평가, 모델의 불확실성 정량화 등 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다. 이번 연구는 AI 기술이 저사양 영상 장비의 한계를 극복하고 의료 영상의 품질을 향상시키는 데 기여할 수 있음을 보여주는 사례로, 의료 분야에서 AI 기술의 활용 가능성을 더욱 확대할 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2024-10-18
[먹을까? 말까?(70)] 검은콩 논란, 진실은?⋯전문가 "과장됐다" 일축

콩은 흔히 '밭에서 나는 쇠고기'라고 말한다. 그만큼 단백질이 풍부하다는 뜻이다. 그런데 최근 미국에서 일부 소셜 미디어 사용자들이 검은콩을 포함한 콩류 섭취의 위험성을 경고하고 나섰다. 이들의 주장처럼 콩류 섭취는 건강에 해로울까. 미국 USA 투데이는 공인 영양사 미란다 갈라티의 말을 인용해 이러한 우려는 과장됐다고 전했다. 갈라티는 "콩류에 함유된 렉틴과 항영양소에 대한 우려가 온라인상에서 제기되고 있지만, 실제 위험성은 미미하며 콩류 섭취의 이점이 훨씬 크다"고 강조했다. 렉틴은 탄수화물과 결합하는 단백질의 일종으로, 장에서 분해되지 않고 소화 장애를 유발할 수 있다. 하버드 대학교 자료에 따르면 렉틴은 복통, 가스, 설사 등의 증상을 일으킬 수 있다. 검은콩, 건강에 왜 좋은가? 검은콩은 어떤 특정 콩을 의미하지 않고 색깔이 검은색 콩을 말할때 사용한다. 검은콩에는 흑태, 서리태, 서목태 등이 있다. 흑태는 검은콩 가운데서도 크기가 가장 큰 크고 속이 노랗다. 콩밥이나 콩자반 등에 사용된다. 서리태는 껍질은 검고, 속은 녹색의 콩으로 10월에 서리를 맞은 후 수확해서 서리태라는 이름이 붙었다. 서목태(鼠目太)는 크기가 훨씬 작고 윤기가 나는 까만 콩으로 쥐의 눈알 같이 생겼다고 해서 쥐눈이콩이라고도 부른다. 서목태는 약용으로 사용해서 약콩이라고도 부른다. 검은콩은 섬유질과 비타민, 미네랄 등 풍부한 영양소를 함유하고 있어서 다양한 건강상 이점을 제공한다. 마요 클리닉에 따르면 검은콩 반 컵에는 하루 권장 섬유질 섭취량의 약 3분의 1이 함유되어 있다./ 검은콩 100g에는 섬유질 하루 권장 섭취량의 60%가 들어 있다. 참고로 한국인의 섬유질 1일 섭취 권장량은 남자 25g, 여자 20g이다. 갈라티는 "검은콩은 풍부한 섬유질과 식물성 영양소를 함유하고 있어 만성 질환 예방과 혈당 조절에 도움이 된다"며 "섬유질과 식물성 단백질 덕분에 혈당 조절에 어려움을 겪는 사람들에게 이상적인 탄수화물 공급원"이라고 설명했다. 콩류, 매일 먹어도 괜찮을까? 대부분의 사람들에게 콩류는 매일 섭취해도 건강에 문제가 없다. 2014년 네이처에 발표된 연구에 따르면 콩류 섭취는 심장병, 고혈압, 뇌졸중, 제2형 당뇨병 등의 건강 문제를 예방할 뿐만 아니라, 이미 질병을 앓고 있는 사람들의 치료에도 도움이 될 수 있다. 갈라티는 "렌틸콩은 체내에서 항염 및 항산화 효과를 가지고 있어 규칙적으로 섭취하기 좋은 식품"이라고 덧붙였다. 렉틴, 정말 걱정해야 할까? 렉틴은 단백질의 일종으로 익힌 콩보다는 생 콩에 많이 들어 있다. 일반적으로 콩을 100℃에서 10분 이상 가열하면 렉틴의 90% 이상이 파괴된다. 하버드 대학교는 콩류는 조리하면 대부분의 렉틴이 비활성화된다고 설명했다. 콩을 물에 충분히 불린 뒤 조리해서 익히면 렉틴의 부작용을 완화시킬 수 있다는 것. 렉틴은 열에 약하기 때문에 콩을 삶거나 볶는 등 충분히 열을 가하면 렉틴 함량을 크게 줄일 수 있다. 또한 된장, 간장, 청국장 등 발효된 콩 제품은 발효 과정에서 렉틴이 분해되어 렉틴 함량이 낮다. 아울러 콩을 과도하게 섭취하지 않고 적당량을 먹으면 렉틴의 부작용을 예방할 수 있다. 갈라티는 "많은 사람들이 콩류의 영양소를 걱정하지만, 조리 과정에서 항영양소 함량이 감소하고 실질적인 위험성은 사라진다"며 "익힌 콩을 섭취하고 소화에 문제가 없다면 매일 섭취해도 위험성은 낮다"고 말했다. 콩은 단백질과 식이섬유, 비타민, 무기질 등 다양한 영양소가 풍부한 건강 식품이다. 렉틴의 부작용을 지나치게 걱정하기 보다는 콩을 충분히 익혀서 섭취하는 등의 방법을 통해 렉틴의 함량을 줄이고 영양상의 이점을 취하는 것이 건강에 도움이 될 수 있다.
- 생활경제
2024-10-15
[먹을까? 말까?(67)] '고밀도 콩 샐러드' 열풍…영양 전문가들이 콩에 주목하는 이유

미국 소셜미디어(SNS)에서 최근 콩과 채소를 듬뿍 넣어서 만든 '고밀도 콩 샐러드'가 건강 식단으로 인기를 끌고 있다. 사진=픽사베이 미국 소셜미디어(SNS)에서 최근 '고밀도 콩 샐러드'가 건강 식단으로 인기를 끌고 있다. 콩과 채소를 듬뿍 넣어 만든 이 샐러드는 영양 전문가들도 주목하는 식단으로, 콩의 효능에 대한 관심도 높아지고 있다. 이 샐러드는 SNS 콘텐츠 제작자이자 요리 전문 학생인 바이올렛 위첼리 자신의 레시피를 공유하면서 유행하기 시작했다고 미국 일간지 USA투데이가 6일(현지시간) 전했다. 위첼은 "매주 콩 샐러드를 만들어 냉장 보관하면서 먹는다"며 "채소와 단백질이 풍부하고 시간이 지날수록 맛이 더 좋아진다"고 소개했다. 그녀의 레시피는 매콤한 치폴레 치킨 샐러드, 선드라이 토마토 샐러드, 그릴 스테이크 차지키 샐러드, 미소 에다마메 샐러드 등 다양하다. 주로 두 종류의 콩, 여러가지 채소, 식초 기반 드레싱, 신선한 허브, 때로는 육루 단백질을 넣어 만든다. 콩, 왜 슈퍼푸드일까? 고밀도 콩 샐러드의 핵심 재료인 콩은 병아리콩, 카넬리니 콩, 리마 콩, 에다마메(풋콩) 등 다양한 종류가 사용된다. 검은콩,강낭콩, 렌틸콩, 완두콩, 땅콩 등도 콩과 식물에 속한다. 하버드 T.H.챈 공중보간대학원에 따르면 콩은 "단백질, 비타민, 복합 탄수화물, 섬유질의 저렴한 공급원"으로 전 세계적으로 중요한 영양 공급원이다. 연구 결과에 따르면 콩을 많이 섭취하면 심장병, 고혈압, 뇌졸중, 제2형 당뇨병 위험이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 영양사 미란다 갈라티는 "콩은 슈퍼푸드에 가까운 식품" 이라며 "풍부한 영양소 덕분에 포만감을 유지하는 데도 도움이 된다"고 말했다. 콩, 매일 먹어도 괜찮을까? 대부분의 사람들에게 콩을 매일 먹는 것은 일반적으로 문제가 없다. 2014년 네이처에 발표된 연구에 따르면 콩 섭취는 앞서 언급한 질병을 예방할 뿐만 아니라 이미 질병을 앓고 있는 사람들의 치료에 도움이 될 수 있다. 갈라티는 "SNS에서 콩에 있는 렉틴과 항영양소에 대한 우려가 퍼지고 있지만, 그러한 위험은 과장된 것으며 콩의 이점이 훨씬 크다"고 강조했다. 렉틴(lectin)은 탄수화물과 결합해 장에서 분해되지 않는 단백질의 일종으로, 복통과 가스, 설사 등의 문제를 일으킬 수 있다. 단순히 당사슬이 포함된 당단백질과는 구분된다. 하버드 대학은 그러나 콩을 익히면 대부분의 렉틴이 비활성화된다고 설명했다. 렉틴이 인체에 미치는 장기적인 영향에 대한 연구는 많지 않으며, 기존 연구 대부분은 영양실조가 흔한 국가 사람들을 대상으로 했기 때문에 콩의 렉틴이 실제로 더 큰 건강 문제를 일으킨다는 주장에 의문을 표했다. 갈라티는 "익히지 않은 콩이 아니라 익힌 콩을 먹고 소화에 문제가 없다면 매일 섭취해도 위험이 거의 없다"고 조언했다.
- 생활경제
2024-10-07
미국 유방암 발병률 증가세 지속, 사망률은 감소 추세

미국에서 50세 미만의 젊은 여성들 사이에 유방암 발병률이 증가하고 있는 것으로 나타났다. 미국암협회(ACS)가 최근 발표한 2024년 유방암 통계에 따르면, 2012년부터 2021년까지 여성 유방암 발병률은 매년 1%씩 증가하는 추세다. 특히 50세 미만 젊은 백인 여성의 발병률 증가가 두드러지게 나타났다. 유방암 사망률은 꾸준히 감소하고 있지만, 흑인 여성의 사망률이 백인 여성보다 높아 인종 간 격차 해소가 시급한 과제로 지적됐다. 연구 결과는 미국암학회에서 발간하는 학술지 암 저널(CA: A Cancer Journal for Clinicians)에 게재됐다. 젊은층 발병률 증가, 아시아계 여성도 위험 50세 미만 여성의 유방암 발병률은 연평균 1.4% 증가하며, 50세 이상 여성(0.7%)보다 가파른 증가세를 보였다. 아시아계 미국인 및 태평양 섬 주민 여성(AAPI)의 발병률 증가폭도 컸다. 50세 미만 AAPI 여성의 경우 연평균 2.5% 증가하며, 2021년 백인 여성과 함께 가장 높은 유방암 발병률을 기록했다. 사망률은 감소 추세⋯인종 간 격차 심각 1989년 최고치를 기록한 이후 유방암 사망률은 지속적으로 감소해 2022년까지 44%나 줄었다. 하지만 흑인 여성은 백인 여성보다 유방암 발병률은 5% 낮지만, 사망률은 38% 높았다. 이는 흑인 여성의 조기 진단율이 낮고, 진행된 단계에서 암이 발견되는 경우가 많기 때문이다. 아메리카 인디언 및 알래스카 원주민 여성(AIAN)의 유방암 사망률 또한 지난 30년 동안 감소 추세를 보이지 않았다. ACS의 최고 과학책임자인 윌리엄 다후트 박사는 "여성이 유방암으로 사망할 가능성이 훨씬 낮다"고 지적했지만 특히 아시아계 미국인, 태평양 섬주민, 아미리카 원주민 및 흑인 여성의 경우 놀라운 격차가 여전히 존재한다고 말했다. 다후트 박사는 보도자료에서 "이러한 격차는 모든 여성이 고품질 검진과 치룔르 받을 수 있도록 체계적인 노력을 통해 바로 잡아야 한다"고 밝혔다. 미국암협회, 유방암 연구 및 취약 계층 지원에 힘써 미국암협회는 유방암 치료제 개발, 흑인 여성 대상 유방암 연구, 저소득층 여성을 위한 유방암 검진 프로그램 지원 등 유방암 발병률 감소 및 인종 간 격차 해소를 위해 노력하고 있다. 미국암협회는 올해 약 31만720명의 여성이 침습성 유방암 진단을 받고, 그 중 약 4만2250명이 사망할 것으로 예상했다. 유방암 치료법 발전과 조기 진단으로 사망률은 감소하고 있지만, 여전히 유방암 발병률은 증가하고 있다. 전문가들은 젊은 여성들에게서 유방암 방병률이 증가하는 이유는 매우 복잡하며 아직도 연구중이라며 유방암 예방을 위해 정기적인 검진과 건강한 생활 습관 유지가 중요하다고 강조했다.
- IT/바이오
2024-10-07
전 세계 어린이 3명 중 1명 근시…2050년 40%까지 증가 전망

전 세계 어린이 3명 중 1명이 근시라는 연구 결과가 나왔다. 그중 한국 어린이는 70% 이상이 근시로 나타났다. 중국 과학자들이 진행한 새로운 연구에 따르면 2023년 전 세계 어린이의 3분의 1 이상이 근시를 겪고 있으며, 이 비율은 2050년에는 거의 40%까지 증가할 것으로 예상된다고 CNN이 보도했다. 근시는 가까운 물체는 선명하게 보이지만 먼 물체를 흐릿하게 보이는 시력 장애다. 심한 경우 두통이나 눈의 피로를 겪을 수 있다. 반대로 노안은 나이가 들면서 수정체의 탄력이 감소하고, 수정체를 조절하는 근육의 힘이 약해져서 가까운 곳에 초점을 맞추는 능력이 떨어지는 노화현상이다. 일반적으로 40대 중반부터 노인이 시작된다. 연구에 따르면 지난 30년 동안 어린이와 청소년의 근시 유병률은 1990년 24%에서 2023년 약 36%로 크게 증가했다. 중국 관저우 중산대 연구팀은 6개 대륙 50개국의 어린이 및 청소년 540만명 이상을 대상으로 한 276개 연구 결과를 분석해 이러한 연구 결과를 도출했다. 연구팀은 근시의 증가는 대체로 점진적이었지만 코로나19 팬데믹(대유행) 이후 눈에 띄게 급증했다고 밝히며 지역적 차이도 지적했다. 특히 동남아시아 어린이의 근시율이 35%로 가장 높았으며, 이는 백인 어린이의 두 배가 넘는 수치이다. 연구팀은 이러한 현상이 동아시아 어린이들이 다른 지역보다 이른 2~3세에 정규 교육을 시작하는 것과 관련이 있을 수 있다고 설명했다. 연구 결과에 따르면 도시 지역(28.55%)에 거주하는 개인, 여자(33.57%), 청소년(47.00%), 고등학생(45.71%)이 근시 유병률이 더 높은 것으로 나타났다. 국가별로는 일본 어린이의 근시율이 86%로 가장 높았고, 한국이 74%로 그 뒤를 이었다. 이어 러시아, 싱가포르, 중국 순이었다. 연구팀은 어린 아이들이 성인보다 환경적 요인에 더 취약하다고 강조했다. 특히 미취학 아동은 시각 발달의 중요한 시기가 있어 가소성이 높기 때문에 주의가 필요하다고 밝혔다. 또한 향후 어린이 및 청소년의 근시 유병률이 계속 증가해 2040년에는 36.6%, 2050년에는 39.8%(약 7억4000만명)에 이를 것으로 전망했다. 연구팀은 청소년 등 어린이들이 정기적으로 눈 보호 조치를 취하는 습관을 기르도록 권장했다. 또한 학생들은 신체 활동 시간을 늘리고 휴대폰 사용, TV 시청, 비디오 게임, 인터넷 서핑 등 비활동적인 시간을 줄여야 한다고 조언했다. 아울러 교육부 등 관계 당국에는 학생들의 숙제와 과외 부담을 줄이고 시력 검사, 근시 조기 발견 및 치료를 장려할 것을 촉구했다. 연구 결과에 따르면 이에 대한 확실한 증거는 전 세계적으로 여전히 보고되지 않았다고 한다. 이번 연구는 지난 9월 24일 영국 안과학회지(British Journal of Ophthalmology)에 게재됐다. 모든 질병과 마찬가지로 근시도 조기에 발견하는 것이 치료에 도움이 된다. 6개월~1년에 한 번 정기적으로 안과 검진을 받는 것이 좋다. 특히 어린이의 경우, 시력 발달이 완성되지 않은 상태이므로 근시 예방에 더욱 신경써야 한다. 부모들은 자녀의 생활 습관을 주의 깊게 관찰하고, 필요한 경우에는 안과 전문의와 상담해 적절한 조치를 취하는 것이 중요하다. 전문가들은 근시를 예방하기 위해서는 야외 활동을 늘리고 근거리 작업 시간을 줄이는 것이 도움이 된다고 말했다. 햇빛은 눈의 성장을 조절하는 호르몬 분비에 영향을 미쳐 근시 진행을 억제하는 효과가 있다. 하루 2시간 이상은 야외에서 활동하는 것이 좋다는 것. 또한 스마트폰, 컴퓨터, 책 등을 가까이서 오래 보는 것은 근시를 유발하거나 악화시킬 수 있다. 30분 작업 후 5~10분 휴식을 취하고 먼 곳을 바라보는 것이 좋다. 책이나 컴퓨터 화면 등을 볼 때 너무 가까이 하거나 엎드려서 보는 것은 눈에 부담을 줄 수 있다. 허리를 편 자세에서 30~40cm 이상 거리를 유지하는 것이 도움이 된다.
- 생활경제
2024-09-26
[먹을까? 말까?(63)] 통풍 예방, 육류·알코올 섭취 줄여야

과거 왕족이나 귀족들이 과식과 과음으로 겪었던 '왕의 병' 통풍이 현대 사회에서 증가하고 있다. 특히 퓨린 함량이 높은 소고기나 돼지고기 등 육류 섭취와 알코올이 통풍 발병을 높인다. 최근 연구에 따르면 1990년부터 2019년까지 통풍의 발생률과 유병률이 모두 증가했으며, 특 미국과 캐나다, 호주에서 그 증가세가 뚜렸했다고 야후 라이프가 전했다. 비만, 인슐린 저항성, 대사 증후군, 고혈압, 신장 질환 등이 증가 원인으로 지목된다. 통풍의 원인과 증상 통풍은 체내 요산 축적으로 인해 발생하는 관절염의 일종으로 극심한 통증을 동반한다. 바람만 스쳐도 아프다고 해서 '통풍(痛風·Gout)'이라는 이름이 붙었다. 서울아산병원은 '통풍은 요산이라는 물질이 몸밖으로 빠져나가지 못하고 몸안에 과도하게 축적되어 발생하는 질환"으로 정의했다. 요산은 세포가 DNA와 RNA를 형성하는 데 사용하는 화학 물질인 퓨린이 분해될 때 생성되는데, 육류나 육류로 만든 제품에는 퓨린이 많이 함유되어 있다. 다시 말하면 퓨린은 음식을 통해 섭취되어 몸 안에서 요산이라는 찌꺼기로 대사되고, 다시 소변으로 빠져나간다. 이 요산이 몸 밖으로 빠져나가지 목하고 몸 안에 쌓이면 통풍이 생긴다. 요산은 바늘처럼 날카로우며, 관절 주변에 결정을 형성하여 심한 통증, 부기, 발적(피부나 점막이 빨갛게 변하는 현상)을 유발한다. 통풍은 가장 흔하게 엄지 발가락이나 무릎에 발생하지만, 어떤 관절에서도 나타날 수 있다. 통풍 위험 요인 통풍은 누구에게나 발생할 수 있지만, 40~60세 사이의 중년 및 노년 남성에게 흔히 나타난다. 남성은 여성보다 통풍에 걸릴 가능성이 3~10배 더 높다. 그러나 최근 20년 동안 여성 통풍 환자도 두 배 이상 증가했다. 여성의 경우 엄지발가락 보다는 무릎, 손목, 손가락 끝, 발가락 등 여러 관절에 걸쳐 서서히 증상이 나타나는 경향이 있다. 폐경후 여성의 경우 에스트로겐 호르몬 감소로 인해 요산 수치가 증가해 통풍 위험이 높아진다. 또한 아시아인은 백인보다 통풍 발생률이 두 배나 높으며, 가족력도 영향을 미친다. 통풍 치료 및 예방 통풍은 관절 검사와 혈액 검사를 통해 진단할 수 있다. 치료에는 통풍과 염증을 완화하는 약물과 요산 수치를 낮추는 약물이 사용된다. 통풍을 예방하고 재발을 방지하기 위해서는 생활 습관 개선이 중요하다. 퓨린 함량이 높은 붉은 육류, 곱창 등 고기의 내장, 술, 조개류와 고과당 옥수수 시럽 등의 섭취를 제한하고, 바나나, 커피, 유제품, 달걀 등 요산 수치를 낮추는 데 도움이 되는 식품을 적당히 섭취하는 것이 좋다. 또한 물을 충분히 마시는 것과 규칙적인 운동, 건강한 체중 유지도 통풍 예방에 도움이 된다. 특히 고혈압 환자에게는 혈압과 요산 수치를 낮추는 대시(DASH) 식단이 권장된다. DASH 식단은 '고혈압을 멈추기 위한 식이요법(Dietary Approaches to Stop Hypertension)'의 약자로, 고혈압을 예방하고 관리하기 위해 개발됐다. DASH 식단의 핵심은 혈압을 높이는 주요 요인인 나트륨 섭취를 줄이고 건강한 지방인 불포화지방 섭취를 늘린다. 또한 혈압 조절에 도움이 되는 칼슘, 칼륨, 마그네슘이 풍부한 식품과 통곡물 과일, 채소 등 섬유질이 풍부한 식품을 충분히 섭취하는 것 등이 포함된다.
- 생활경제
2024-09-23
[신소재 신기술(111)] 휴스턴 공대 개발 웨어러블 센서, 눈 움직임으로 뇌손상 진단

휴스턴 대학교(HU) 공학팀이 눈의 움직임을 검사해 뇌 질환이나 뇌 손상을 진단하는 웨어러블 센서를 개발했다고 메디컬익스프레스가 전했다. 많은 뇌 질환은 종종 다른 증상이 발현되기 전에 눈 이상으로 나타난다. 눈은 시인들의 표현과 같이 단순히 '영혼을 들여다보는 창'만은 아니다. 인간의 생활을 위해 가장 필요하고 소중한 눈은 또한 뇌의 연장선이며, 뇌 관련 질환의 조기 경고 신호와 그 원인에 대한 정보를 제공할 수 있다. 눈을 검사하면 뇌에 가해지는 신체적, 정신적 충격의 진행과 증상을 추적하는 데 도움이 될 수도 있다. 연구진은 현재의 시선 추적 시스템에는 결함이 있으며, 충분한 양의 데이터를 제공하지 못한다고 지적했다. 게다가 얼굴과 목에 여러 개의 전극이 부착돼 부피가 크고 비싸며 출력이 약하다. 기계공학과 류재현 교수의 UH 연구실에서 박사 후(포스트 닥터) 연구원인 김남인 박사의 도움을 받아 개발한 이 새로운 센서는 비침습적이고 편안하게 착용할 수 있으며 안전하다. 따라서 휴대용 디스플레이 및 컴퓨팅 장치와 결합하면 안구 움직임을 쉽게 지속적으로 측정하고 관찰할 수 있다. 개발된 센서는 특히 매끈하고 유연하며, 구부러지거나 움직일 때 전기를 생성하는 매우 얇은 수정과 같은 필름으로 만들어졌다. 이는 '압전 효과'라는 현상이며, 특정 물질이 적용된 기계적 응력에 반응하여 전하를 생성할 수 있다. 관자놀이 부위에 있는 상단, 중간 및 하단 센서 또는 변환기의 출력 전압은 식별 가능한 전압 패턴을 생성한다. 류 교수는 연구 결과가 실린 국제 학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼스(Advanced Healthcare Materials)'에서 "활력 징후 및 생체 의학 매개변수를 관찰하기 위한 피부 부착형 웨어러블 센서는 개인 건강관리 및 휴대용 진단 시스템에서 매우 중요한 구성 요소"라고 보고했다. 이어 "그 중에서도 박막 압전 센서는 저렴한 비용으로 쉽게 제작할 수 있고, 다양한 크기, 경량, 뛰어난 기계적 유연성과 안정성, 빠른 반응 속도, 높은 감도, 높은 신호 대 잡음비, 우수한 장기 안정성과 내구성이라는 고유한 장점을 제공한다"라고 강조했다. 류 교수는 "새로운 센서는 착용하기 쉽고 뇌-눈 관계 연구에 사용해 뇌의 기능적 무결성을 평가할 수 있다"라고 부연했다. 눈 깜박임 패턴에 대한 안과적 평가는 뇌졸중, 다발성 경화증, 파킨슨병 및 알츠하이머병과 같은 질환의 조기 진단에 사용되었다. 또한 안구와 윗 눈꺼풀 조절은 뇌 기능에 영향을 받기 때문에 눈의 움직임은 다양한 뇌 질환과 밀접하게 연관되어 있다. 이전 연구에서는 주의력 결핍 과잉 행동 장애가 있는 어린이의 비정상적인 눈 깜박임 속도와 깜박임 조절을 측정했으며, 자발적인 깜박임은 뇌의 도파민 시스템의 무결성을 측정하는 척도였다. 눈 및 눈의 근육과 관련된 뇌의 운동 뉴런도 자폐증과 관련이 있다. 류 교수는 "우리가 새로 개발한 '유연한 압전 눈 움직임 센서 어레이(F-PEMSA: flexible piezoelectric eye movement sensor array)'가 ADHD(주의력결핍 과다행동장애), 자폐증, 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 뇌 질환 상태뿐만 아니라 뇌진탕 후 증후군 및 외상 후 스트레스 장애와 같은 외상성 뇌 손상의 후유증에 관한 많은 임상 연구에 사용될 수 있다고 생각한다. 잠재적으로 조기에 정확한 진단과 개인화된 치료법의 개발 방향을 제시할 수 있다고 믿는다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-09-20
[신소재 신기술(106)] 스탠퍼드대, 식용 색소로 투명 쥐 만드는 기술 개발 성공

미국 과학자들이 식용 색소를 이용해 생쥐 피부를 투명하게 만드는 실험에 성공했다. 스탠퍼드대 재료과학 및 공학 궈쑹 홍(Guosong Hong) 교수 팀은 9월 5일 과학 저널 '사이언스(Science)'에서 '타르트라진(Tartrazine)' 또는 '황색 5호(FD&C Yellow #5)'로 알려진 노란색 식용 색소를 통해 생쥐의 복부 피부와 두개골 등 생물학적 조직을 일시적으로 투명하게 만드는 데 성공했다고 밝혔다. 투명망토는 공상 과학과 판타지 영화의 소재로 곧잘 등장하지만, 식용 염료를 활용해 쥐의 피부를 투명하게 만들어 낸 것은 이번이 처음이다. 여기서 '투명'이라는 개념은 좀 다르다. 일반적으로 투명망토는 인체의 내부까지 투명해져서 육안으로 사람이 안 보이는 것을 의미한다. 하지만 연구팀이 개발한 식용 염료를 바르면 피부만 투명해지고 그안의 혈관과 근육, 뼈 등 내부 구조가 고스란히 드러나 관찰하기에 적합해진다. 연구팀은 특정 탄산음료와 과자에 독특한 주황색을 부여하는 식용 색소인 황색 5호를 사용해 쥐의 피부를 완전히 투명하게 하는 것을 입증했다. 이는 가역적이고 잠재적으로 무독성인 연구 방법으로, 의학과 과학 영상 분야에 혁신을 가져올 수 있다. 해당 연구 내용에 대해서는 영국 일간지 가디언과 과학 전문매체 퍼퓰러사이언스 등 다수 외신이 전했다. 지금까지 연구팀은 이 새로운 발견을 통해 쥐의 복부 내 장기를 관찰하고, 설치류 두개골 주변의 맥동하는 혈류를 살펴보고, 현미경을 통해 근육 조직을 매우 선명하게 볼 수 있었다. 추가적인 연구를 통해 이 방법은 새로운 과학적 발견을 촉진하고, 현미경 기술을 발전시키며, 의료 진단 전략과 치료법을 개선하는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 원리는 간단, 색소 바르면 피부 투명해져 쥐의 피부를 투명하게 하는 방법은 간단하다. 황색 5호 용액을 쥐의 피부에 몇 분 동안 마사지하거나 미세 바늘을 사용하면 투명('가시광선의 적색 영역에서 완전한 광학적 투명성')한 피부가 된다. 색소를 씻어내면 피부는 자연스럽고 불투명한 상태로 되돌아간다. 스탠포드 대학교의 공동수석연구 저자이자 생물공학자인 궈쑹 홍 박사는 "피부와 같은 생물학적 조직은 빛이 통과할 때 산란되기 때문에 일반적으로 투명하지 않다"며 "동물의 살은 주로 물과 지방 등 다양한 물질로 이루어진 매트릭스이며, 이 두 종류의 화합물은 서로 다른 각도로 빛을 굴절시킨다고 설명했다. 빛은 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 속도가 변하며 휘어지는 굴절과 흩어지는 산란 현상을 일으킨다. 우리가 물체의 속을 볼 수 없는 것은 바로 산란현상 때문이다. 연구팀은 다양한 색소가 조직 내 빛의 이동 방식을 어떻게 변화시키는 지 모델링하여 일시적으로 피부를 투명하게 하는 이 방법을 개발했다. 팀은 황색 5호와 다른 몇 가지 색소를 투명성 향상 후보로 선정한 후, 실리카 입자와 혼합된 액체, 살아있는 닭의 가슴살, 살아 있는 생쥐와 기타 쥐의 조직 샘플 등을 테스트해 색소가 얼마나 빠르고 깊게 퍼지는 지 측정했다. 또한 이 색소를 다른 광학 현미경 기술과 결합해 황색 5호가 기존 기술을 향상시키는데 사용될 수 있음을 보여줬다. 마지막으로 연구팀은 설치류 실험 대상에서 단기 및 장기적인 영향을 조사하고 쥐가 소변과 대변을 통해 이들 색소를 얼마나 빨리 배출하는 지 추적해 초기 독성 분석을 수행했다. 연구팀은 황색 5호가 24시간 내에 몸을 통과하고 염증이나 자극을 거의 일으키지 않으며 "최소한의 전신 독성"을 나타낸다고 밝혔다. 인체 적용 시기 상조 그러나 이 방법은 아직 완전하지 않다. 예를 들어 살아 있는 생쥐 몸통 전체를 투명하게 만들거나 인간 복부의 내부를 즉시 볼 수 있게 해주지는 못한다. 황색 5호는 조직에 제한적으로 침투할 수 있기 때문에, 표적 전달력과 최적 농도에 대한 정확한 이해 없이는 인간의 살과 같은 덜 투과적인 피부를 통해 내부의 이미지를 얻는 데 유용하지 않을 수 있다. 또한 색소가 광자 산란을 줄이지만 완전히 제거하지는 못한다. 사용되는 조직이 두꺼울수록 이미지는 더 어둡고 선명도가 떨어진다. 게다가 초기 독성 평가는 긍정적이지만, 황색 5호 색소가 장기적으로도 무해하다고 확신할 수 없다. 이는 추가 연구를 통해 풀어야할 과제다. 이에 홍 교수는 추가적인 안정성 연구가 필요하다고 강조하며 "인체 피부에 이를 시도하는 것은 권장하지 않는다. 특히 국소적으로 적용될 때 색소 분자의 인체 독성은 완전히 평가되지 않았다"고 강조했다. 향후 추가 연구를 통해 황색 5호가 인체에 국소적으로 안전하게 사용될 수 있다면 피부암 조기 발견, 혈관을 찾기 어려운 사람들의 혈액 채취 용이성, 레이저 문신 제거 속도 향상, 광열 암 치료 효과 증대 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다.
- IT/바이오
2024-09-06
[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시

중국 과학자들이 관절염 치료의 새로운 지평을 열 혁신적인 생체 재료 개발에 성공했다. 이번 연구는 퇴행성 관절염으로 고통받는 전 세계 수억 명 환자들에게 새로운 희망을 제시할 것으로 기대된다. 관절염은 뼈 사이의 완충 역할을 하는 연골이 점차 파괴되면서 발생하는 질환이다. 연골 손상은 윤활 감소와 마찰 증가를 초래하여 결국 관절에 돌이킬 수 없는 손상을 입힌다. 특히 성인의 연골은 자연적으로 치유되지 않아 치료가 어려운 난제로 꼽혀왔다. 관절염, 삶의 질 저하시키는 질환 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계 관절염 환자 수는 꾸준히 증가하여 1990년부터 2019년까지 113% 증가한 5억 2800만 명에 달한다. 인구 고령화와 현대인의 생활 방식 변화가 관절염 증가세를 부추기고 있다. 국내에서도 관절염 문제는 심각하다. 국민건강보험공단 통계에 따르면, 무릎 관절염 환자 수는 지난해 기준 4년간 6.7% 증가했다. 특히 60대 이상 노년층에서 무릎 관절염 발병률이 높게 나타났다. 무릎 관절염은 초기에는 간헐적인 통증으로 시작되지만, 방치할 경우 심각한 통증, 다리 변형, 보행 장애까지 이어질 수 있다. 손상된 연골, 정밀하게 치료한다 이번에 중국 연구팀이 개발한 기술은 '하이드로겔 마이크로스피어(HMS)'와 항체를 결합하여 연골 윤활을 회복시키는 획기적인 치료법이다. 홍콩 매체 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)에 따르면 상하이 고등 연구소와 창사 샹야 국립 병원 연구팀은 손상된 조직 복구에 널리 사용되는 '하이드로겔 마이크로스피어'를 활용하여 관절염 치료의 새로운 접근법을 제시했다. 이번 연구 결과는 첨단 소재 분야 학술지 '어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다. 이 혁신적인 마이크로스피어는 천연 단백질에서 추출한 젤라틴 메타크릴레이트와 합성 고분자인 폴리(설포베타인 메타크릴레이트)를 결합하여 만들어졌다. 이 두 물질의 조합은 세포 성장과 수분 공급에 이상적인 환경을 제공한다. 연구팀은 나아가 손상된 연골에 결합하고 마이크로스피어에 부착되는 표적 항체를 개발하여 치료 효과를 극대화했다. 이 새로운 치료법은 기존 생체 윤활제와 달리 염증 부위를 정확하게 표적하여 치료할 수 있다는 장점을 가진다. '하이드로겔 마이크로스피어'는 작고 균일한 구형의 하이드로겔 입자이다. 쉽게 말해, 아주 작은 크기의 물을 많이 머금을 수 있는 3차원 젤리 공을 떠올리면 된다. 크기는 일반적으로 마이크로미터(㎛) 단위로 매우 작다. 구조는 3차원 망상구조를 가진 친수성 또는 양친매성 고분자 사슬이 가교되어 형성된다. 쉽게 비유하자면, HMS는 작은 스펀지처럼 물을 흡수하여 촉촉함을 유지하고, 필요한 물질을 머금고 있다가 서서히 방출하는 역할을 한다. 이러한 특성 덕분에 약물 전달, 조직 공학, 세포 배양 등 의료 분야에서 다양하게 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 쥐 실험 통해 초기 골관절염 치료 효과 입증 연구팀은 개발한 생체 물질을 쥐에게 주입하여 초기 골관절염 치료 효과를 검증했다. 그 결과, 이 치료법은 골관절염 증상을 완화하고 추가적인 관절 손상을 예방하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 새로운 생체 재료는 표준 식염수 주입과 비교했을 때 마찰을 줄이고 관절 윤활을 개선하는 측면에서 기존 치료법보다 뛰어난 성능을 보였다. 보고에 따르면 마찰 계수는 표준 식염수 주입에 비해 '3분의 1' 이상 감소했다. 이번 연구는 특히 초기 단계 관절염 치료에 대한 유망한 접근 방식을 제시한다. 표적 윤활 제공과 추가적인 관절 손상 예방을 통해 관절염 치료의 새로운 패러다임을 열 것으로 기대된다. 연구팀은 "개발된 주입형 표적 윤활 HMS와 정밀 표적 윤활 HMS는 특히 초기 단계의 골관절염 진행을 늦추는 데 유망하고 편리한 기술"이라고 강조했다. 관절염 치료의 새 지평 열리나 앞서 미국 노스웨스턴대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 양을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다. 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. 노스웨스턴 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. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 관절은 일단 망가지면 자연적으로 재생되지 않아 그동안 치료의 한계가 있었다. 그러나 이처럼 연골을 재생시키기 위한 전 세계 과학자들의 노력이 합쳐지면 관절염 치료를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-09-05
[신소재 신기술(104)] 빛으로 암 쫓는다⋯새 광기반 기술, 전립선암 조기 발견 정확도 90%

영국에서 빛을 활용해 전립선암을 90%의 정확도로 조기 진단하는 기술이 개발됐다. 의학 전문매체 메디컬 익스프레스는 2일(현지시간) 영국 애스턴 대학교 연구팀이 새로운 광기반 기술로 암을 더 빠르고, 저렴하며, 덜 고통스럽게 진단할 수 있는 기술 개발의 첫 걸음을 내디뎠다며 이같이 보도했다. 애스턴대 광기술연구소의 이고르 메글린스키 교수 연구 팀은 빛을 기반으로 탈수된 혈액 내 결정체를 분석하는 새로운 방법을 개발했다. 이 연구는 「3D 뮬러 매트릭스 이미징 접근법을 사용한 혈액막의 다결정 미세구조에 대한 통찰력」이라는 제목의 논문으로 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 저널에 게재됐다. 메글린스키 교수는 새로운 편광 기반 이미지 재구성 기술을 사용해 건조 혈액 샘플의 다결정 구조를 분석했다. 암 초기 단계에 단백질 모양 변화 연구팀은 건강한 지원자, 전립선암 환자, 공격적인 암세포를 가진 환자 등 세 그룹으로 나뉜 크기가 동일한 그룹에서 108개의 혈액 도말 샘플을 분석했다. 암과 같은 질병 초기 단계에서는 혈액 내 단백질의 모양과 결합 방식이 변화하는데, 연구팀은 이러한 단백질의 3차 구조 또는 고유한 3D 모양의 변화와 4차 구조(여러 단백질이 결합되는 방식) 변화를 이용해 세포를 감지하고 분류했다. 이 기술을 통해 팀은 건조 혈액 도말 표본을 상세하게 분석해 건강한 표본과 암 표본 간의 중요한 차이를 식별할 수 있었다. 메글린스키 교수는 "이번 연구는 액체 생검 분야에 획기적인 기술을 도입해 비침습적이고 신뢰할 수 있으며 효율적인 진단 방법을 위한 노력에 부합한다"고 말했다. 이 연구 결과는 조기 진단 및 암 분류 모두에서 90%의 정확도를 보였다. 이는 기존 스크리닝 검사 방법보다 훨씬 높은 수치이다. 또한 조직 생검보다 혈액 샘플을 사용하기 때문에 환자에게 덜 침습적이고 위험성이 낮다. 메글린스키는 "이러한 높은 정확도와 비침습적인 특성은 액체 생검 기술의 중요한 발전을 의미한다"며 "암 진단, 조기 발견, 환자 분류, 모니터링 분야에 혁신을 가져와 종양학 분야와 환자 치료를 크게 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 기대했다.
- IT/바이오
2024-09-03
[먹을까? 말까?(56)]육식 다이어트, 심장 질환과 치매 유발

고기, 달걀, 유제품과 같은 동물성 식품만 섭취하는 육식 식단이 심장병과 치매를 유발할 수 있다는 우려가 제기됐다. 최근 영국과 미국 등에서는 틱톡과 같은 소셜 미디어 웹사이트를 통해 스테이크와 달걀, 버터 등 동물성 식품만 먹는다는 다이어트 방법을 홍보하는 계정이 넘쳐나면서 '육식 다이어트' 열풍이 불고 있다. 그러나 영국 의사인 루피 아우질라(Rupy Aujla) 박사는 그의 팟캐스트 '더 닥터스 키친(The Doctor’s Kitchen)'에서 육식 다이어트와 또 다른 제한 식단인 케토 식단이 심장 질환과 치매를 유발할 수 있음을 경고했다고 영국 일간 매체 익스프레스와 데일리 메일 등 다수 외신이 전했다. 아우질라 박사는 영국 공공의료서비스인 NHS의 일반의로 활동하고 있다. 케토 다이어트는 탄수화물을 극도로 제한하고 지방 섭취를 늘려 체내에 '케토시스(Ketosis)' 상태를 유도하는 식이요법이다. 사람의 몸은 일반적으로 탄수화물을 분해해 얻은 포도당을 에너지원으로 사용한다. 탄수화물 섭취가 극도로 제한되면, 몸은 대체 에너지원으로 지방을 분해하기 시작한다. 이 과정에서 간에서 케톤체라는 물질이 생성되고, 이 케톤체를 에너지원으로 사용하는 상태를 케토시스라고 한다. 아우질라 박사는 이러한 식단을 하는 쥐를 대상으로 한 최근 연구에 근거해 "케토나 욱식 식단을 장기 고수하는 것은 염증과 노화를 촉진할 수 있다는 것을 발견했다"고 설명했다. 연구진은 심장과 신장 같은 주요 장기에서 노화 세포가 축적돼 전신 염증과 독성이 나타나는 변화를 관찰했다. 이들은 육식 식단이 "심장 섬유증을 촉진하고 미토콘드리아 기능을 조절하지 못한다"는 우려스러운 연구 결과가 나왔다고 강조했다. 가장 놀라운 발견은 이 식단을 고수하는 사람들 대부분이 콜레스테롤 수치가 상승한 것이다. 아우질라는 "사람들이 심혈관 질환과 심지어 치매의 위험에 처해질 수 있다는 점에서 우려되는 부분"이라고 지적했다. 그는 "이러한 식단을 섭취하는 사람들에 대한 장기적인 연구가 없다는 점을 고려할 때 이것은 불을 가지고 노는 것이라고 생각한다"며 육식 식단 고수를 불장난에 비유했다. 그러면서도 아우질라는 육식 식단의 긍정적인 측면으로 탄수화물을 제거함으로써 포도당 조절 개선 등의 이점을 인정했다. 그는 "단기적인 식단으로서 진정한 과민증을 가진 사람들과 같은 특정 상황에 처한 사람들에게 실제로 치료 효과를 제공할 수 있다"고 말했다. 전문가들은 "장기간 케토 다이어트를 지속할 경우 신장 결석, 골다공증, 간 기능 이상 등 건강 문제가 발생할 수 있다"며 따라서 케토 다이어트를 시작하기 전에 의사 또는 영양사와 상담을 통해 자신의 건강 상태에 맞는 식단을 계획하고, 부작용 발생 시 즉시 전문가의 도움을 받는 것이 중요하다고 강조했다.
- 생활경제
2024-09-03
[신소재 신기술(103)] AI 분석 통해 '자폐증 코드 해독' 획기적인 진전

인공지능(AI) 분석을 통해 자폐증을 진단하는 방법이 개발돼 주목된다. 이 방법을 통해 자폐증 환자 가족들은 장기간의 불확실성을 겪지 않고 조기 치료가 가능해질 것이라고 영국 데일리메일이 전했다. 새로운 AI 분석은 뇌의 생물학적 활동을 통해 자폐증의 유전적 마커를 89~95%의 정확도로 식별할 수 있다고 한다. 새로운 자폐증 진단 방법은 자기공명영상(MRI)을 통한 표준 뇌 매핑으로 시작, AI 도구를 통해 스캔을 다시 분석함으로써 자폐증을 나타낼 수 있는 뇌 내 단백질, 영양소 및 기타 과정의 움직임을 감지한다. 자폐증은 전통적으로 언어 구사 등 사람의 일상 행동 과정을 진행한 의료진에 의해 진단된다. 그리고 자폐증은 강력한 유전적 기반을 가지고 있다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 현재 자폐증은 36명의 아동 중 1명 꼴로 나타나고 있다. 이는 미국에서만 매년 9만 명 이상의 아동이 자폐증을 앓고 있음을 의미한다. 그러나 자폐증은 발견하기 어렵기로 악명이 높으며, 자폐증을 앓고 있는 대다수의 어린이는 5세가 될 때까지 진단을 받지 못하고 명확한 행동 징후를 보인다. 설상가상으로 식별 과정에는 일반적으로 수년간의 불확실성, 수십 번의 병원 방문, 언어 검사, 관찰 인터뷰 등을 포함한 다양한 검사가 수반되어 어린이와 가족에게 스트레스가 될 수 있다. 연구진은 이 새로운 진단 기법을 통해 의사들이 자폐증을 유발하는 보다 구체적인 유전자를 찾아낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 자폐증이 뇌의 성장과 작동 방식을 변화시키는 실제 생물학적 경로를 밝혀내는 것이다. 연구진은 이 방법이 "자폐증 코드를 해독한다"고 밝혔다. 그러나 이 방법이 언제쯤 상업적으로 사용될지에 대해서는 언급하지 않았다. 세인트루이스의 워싱턴 대학 방사선과 신지니 쿤두 박사는 대학원생 연구원 시절, 이 새로운 기계 학습 AI 도구와 수학적 뇌 모델링 기술을 개발했다. 뇌에서 생물학적 물질이 수송되는 방식을 따서 '수송 기반 형태 측정법'이라고 명명된 이 기술은 유전 코드의 핵심 부분과 연결된 패턴을 식별하는 데 중점을 두고 있다. '복제 수 변이(CNV)'라고 불리는 유전자 코드의 염기서열은 삭제되거나 복제된 DNA 세그먼트를 보여준다. 이러한 변화는 과거 연구에서 자폐증과 관련이 있는 것으로 나타났다. 그러나 뇌 형태와의 연관성, 즉 회백질이나 백질과 같은 다양한 유형의 뇌 조직이 뇌에서 어떻게 배열되는지는 잘 알려져 있지 않다. CNV가 뇌 조직 형태와 어떻게 관련이 있는지 알아내는 것은 자폐증의 생물학적 기초를 이해하는 데 중요한 첫 단계가 된다. 쿤두 교수와 UC 샌프란시스코 연구진은 이 같은 연구 결과를 '사이언스 어드밴시스' 저널에 발표했다. 연구에는 자폐증과 관련된 유전적 변이가 알려진 피험자 집단인 비영리 시몬스 그룹의 참여자들이 핵심 데이터를 제공했다. 연구진은 결과를 흐리게 할 수 있는 변수를 줄이기 위해 시몬스 그룹과의 유사성(예: 동일 연령, 성별, 비언어적 IQ)을 기반으로 다른 의료 또는 임상 환경에서 '대조군' 환자'를 모집했다. MRI 스캔 등 의료 데이터를 처리하는 대부분의 기존 머신러닝 방법은 해당 데이터에 숨겨진 많은 생물학적 과정에 대한 수학적 모델을 통합하지 않는다. 과거의 AI 모델은 대신 다양한 환자의 건강 데이터에서 비정상 또는 통계적 이상을 식별하기 위한 패턴만 찾았다. 그러나 이번에 개발한 '수송 기반 형태 계측법'은 연구진이 CNV 및 자폐증과 관련된 결실 또는 중복을 넘어 뇌 구조 내의 훨씬 더 뚜렷한 생물학적 변이를 구별할 수 있다. 연구진은 모든 의료 데이터의 90%가 유사한 영상에서 나온다는 점을 감안할 때, 이 방법이 새로운 유용한 자폐증 정보를 도출하는 데 도움이 될 것으로 기대했다.
- IT/바이오
2024-09-02
[먹을까? 말까? (55)] 고염분 섭취로 증가하는 단백질, 다발성 경화증 발병과 연관

높은 염분 섭취로 증가한 단백질의 일종이 우리 몸의 면역 조절 기능을 방해해 다발성 경화증과 기타 자가면역 질환 발병과 연관이 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 예일대 연구팀이 고염분 섭취로 인해 증가하는 PRDM1-S 단백질이 면역 조절 기능을 방해하고 다발성 경화증(MS) 등 자가 면역 질환 발병에 기여한다는 것을 밝혀냈다고 뉴로사이언스뉴스닷컴과 메디컬 익스프레스가 전했다. PRDM1-S는 PRDM1 유전자의 짧은 동형 단백질이며, 최근 자가면역 질환 연구에서 주목받고 있다. PRDM1-S는 인간을 포함한 영장류에서만 발견되는 특이적인 유전자다. 예일 의과대학(YSM)의 토모카즈 스미다 조교수와 예일 신경과 윌리엄 S. 및 로이스 스타일스 에저리 교수이자 면역생물학 데이비드 하플러 교수가 이 연구를 주도했다. 하플러 교수는 "다발성 경화증 및 다른 자가 면역 질환에서 면역 조절 기능 상실의 핵심 메커니즘을 밝혀냈다"고 설명했다. 자가 면역 질환과 환경적 요인 젊은 성인에게 가장 흔한 질환 중 하나인 자가면역 질환은 비타민 D 결핍과 지방산을 포함한 유전적 및 환경적 요인의 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 스미다와 하플러는 이전 연구에서 높은 수준의 염분이 중추 신경계의 자가 면역 질환인 다발성 경화증의 발병에도 영향을 미친다는 것을 발견했다. 특히 고염분 섭취가 CD4 T 세포라고 알려진 면역 세포 유형에 염증을 유발하는 동시에 조절 T 세포 기능을 저해하는 것을 관찰했다. 두 사람은 이는 염분 민감성 효소인 SGK-1에 의해 매개됨을 확인했다. 조절 T 세포 기능 저해 연구팀은 이번 연구에서 RNA 시퀀싱을 통해 다발성 경화증 환자와 건강한 개인의 유전자 빌현을 비교 분석했다. 그 결과 다발성 경화증 환자에서 면역 기능 조절에 관여하는 PRDM1-S 유전자의 발현이 증가했음을 발견했다. 놀랍게도 PRDM1-S는 염분 민감성 효소인 SGK-1 발현 증가를 유도해 조절 T 세포 기능을 저해하는 것으로 나타났다 또한 다른 자가면역 질환에서도 PRDM1-S 과발현이 관찰되어, 이것이 조절 T 세포 기능 이상의 공통적인 특징일 수 있음을 시사했다. 스미다 조교수는 "이러한 통찰을 바탕으로 조절 T 세포에서 PRDM1-S 발현을 표적으로 하여, 이를 감소시킬 수 있는 약물 개발에 착수했다"고 밝혔다. 그는 " 예일대 연구진과 협력해 새로운 컴퓨터 분석 방법을 활용해 조절 T 세포 기능을 향상시키고, 다양한 인간 자가면역 질환에 적용가능한 새로운 치료법 개발을 추진하고 있다"고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 '사이언스 트랜스레이셔널 메디슨(Science Translational Medicine)' 저널에 게재됐다. PRDM1-S는 자가면역 질환 발병 메커니즘 이해에 중요한 단서를 제공하며, 향후 치료법 개발에 유망한 타켓이 될 수 있다. 하지만 아직 더 많은 연구가 필요하다.
- 생활경제
2024-08-30
[퓨처 Eyes(48)]세계 최초, 전자의 움직임 포착하는 '아토현미경' 개발 - 과학계 새 지평 열다

미국 애리조나 대학교 연구팀이 세계 최초로 전자의 움직임을 포착하는 투과 전자 현미경, 일명 '아토현미경' 개발에 성공했다. 이 현미경은 찰나의 순간에도 지구를 수십 바퀴 돌 수 있는 전자의 움직임을 포착할 수 있을 정도로 강력하다. 전자는 아주 작은 입자로 원자를 구성하는 기본 요소 중 하나다. 전자는 음(-)의 전하를 띠고 있으며, 원자핵 주변을 빠르게 돌고 있다. 전자의 움직임은 전기, 빛, 화학 반응 등 다양한 현상의 근본적인 원인지 된다. 연구팀은 움직이는 전자의 정지 프레임 화면을 찍을 만큼 강력한 아토현미경 개발이 물리학, 화학, 생명공학, 재료 과학 등 다양한 분야에 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대하고 있다. 연구를 주도한 모하메드 하산(Mohammed Hassan) 물리학 및 광학 과학 부교수는 "이 투과 전자 현미경은 최신 스마트폰에 탑재된 고성능 카메라와 같다"며 "이전에는 볼 수 없었던 전자의 움직임을 관찰하고, 이를 통해 과학계가 전자의 행동과 양자 물리학을 더 깊이 이해할 수 있기를 바란다"고 밝혔다. 전자 빔 투과로 상세 이미지 생성 투과 전자 현미경은 빛 대신 전자 빔을 사용하여 물체를 최대 수백만 배까지 확대하는 장비다. 기존 광학 현미경으로는 볼 수 없는 미세한 부분까지 관찰할 수 있어 과학 연구에 널리 활용되고 있다. 다시 말하면, 투과 전자 현미경은 가시광선을 사용하는 대신 전자 빔을 연구 중인 샘플에 통과시킨다. 전자와 샘플 사이의 상호작용은 렌즈로 포착되고 카메라 센서로 감지되어 샘플의 상세한 이미지를 생성한다. 이와 같은 원리를 사용하는 초고속 전자 현미경은 2000년대 처음 개발됐으며, 레이저를 사용해 펄스 전자 빔을 생성한다. 이 기술은 현미경의 시간적 해상도, 즉 시간에 따른 샘플의 변화를 측정하고 관찰할 수 있는 능력을 크게 향상시킨다. 이러한 초고속 현미경에서는 카메라의 셔터 속도에 따라 이미지 품질이 결정되는 대신 투과전자 현미경의 해상도는 전자 펅스의 지속 시간에 따라 결정된다. 펄스가 빠를수록 이미지가 더 선명해진다. 연구팀이 개발한 아토현미경은 펨토초(femtosecond, 1000조분의 1초)보다 훨씬 빠른 아토초(attosecond, 100경 분의 1초-팸토초보다 1000배 더 짧음) 단위로 전자 펄스를 생성한다. 이는 2023년 노벨 물리학상을 수상한 과학자들의 연구를 기반으로 한 것으로, 극자외선 방사선 펄스를 아토초 단위로 측정하는 기술을 응용했다. 아토현미경은 강력한 레이저를 두 개의 초단파 광 펄스로 변환하여 작동한다. 첫 번째 펄스는 샘플에 에너지를 공급하여 전자를 움직이게 하고, 두 번째 펄스는 아토초 단위로 전자 펄스를 생성하여 샘플을 탐색한다. 두 펄스의 정밀한 동기화를 통해 전자의 움직임을 원자 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있다. 하산 교수는 "전자 현미경 내부의 시간 해상도 개선은 오랜 숙원이었다"며 "이제 '아토현미경'을 통해 처음으로 전자의 움직임을 볼 수 있게 되었다"고 말했다. 아토현미경 개발의 의미 아토현미경의 개발은 과학계에 새로운 지평을 여는 혁신적인 성과로 평가된다. 전자의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 됨으로써, 과학자들은 다음과 같은 분야에서 획기적인 발전을 이룰 수 있을 것으로 기대하고 있다. 1) 물질의 근본적인 특성 규명 아토현미경을 통해 물질 내 전자의 상호작용 및 에너지 전달 과정을 밝혀낼 수 있다. 이는 새로운 소재 개발, 에너지 효율 향상, 촉매 반응 개선 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 2) 생명 현상의 이해 증진 생체 분자 내 전자의 이동 및 화학 반응 과정을 관찰하여 생명 현상의 메커니즘을 밝히고, 질병 치료 및 신약 개발에 기여할 수 있다. 3) 양자 컴퓨팅 기술 발전 양자 컴퓨팅의 핵심 요소인 큐비트의 동작 원리를 이해하고, 양자 컴퓨터 개발에 필요한 기술적 난제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 이번 연구 결과는 과학 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-29

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