놓치지 않은 '우연의 순간' !!

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[인터뷰]김세화·이상원·김수호·포나영 연구팀, 혈관 외벽에서 동맥경화 악화 원인 규명, 혈관 주변 지방조직 메커니즘 제어로 예방·진단 가능, 혈관 안쪽에 콜레스테롤이 과도한 중성지방이 쌓여 탄력을 잃어 혈액 흐름을 방해하는 동맥경화는 고혈압, 뇌중풍(뇌졸중) 등 각종 성인병의 원인으로 꼽힌다. 동맥 경화를 치료하는데 사용되는 동맥 경화 용제는 2018년 생산액 1조 4482억원으로 약효별로 의약품의 1위를 기록하기도 했습니다.조기 발견이 중요한 동맥경화 검사는 혈관 안쪽을 기준으로 이뤄진다. 하지만 기존 기술로는 조기 및 정밀 진단에 어려움이 있었던 정세다. 반대로 혈관 밖에서 새로운 해결책을 제시한 사람이 있다.주인공은 한국단지과학연구원 과인노바이오측정센터의 김세화 박사팀. 그들을 만과인 지금까지의 뒷이야기를 들었다.

"동맥 경화가 1어 저는 혈관 주변의 지방 조직이 평소보다 갈색을 띤 것을 발견했습니다. 만약 지방조직의 색변화의 원인이 동맥경화에 의한 것이라면 색깔을 보고 동맥경화를 분석할 수 있는 것 아니냐는 아이디어에서 조사가 시작됐다.조사팀의 이번 성과는 우연의 발견에서 시작됐다. 동맥경화에 따른 혈관에 상태를 확인하기 위해서는 혈관주변지방조직(PVAT)이라는 지방세포를 제거해야 합니다. 이 지방조직은 혈관을 지탱하는 정도의 역할을 한다고 여겨졌기 때문에 얼마 전까지도 조사대상에서 큰 의미를 갖지 않았다.​

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연구팀은 평소와 함께 해당 지방조직을 제거하는 도중 색깔이 평소와 달리 갈색을 띤다는 점을 간과하지 않았다. 김세화 박사는 "평소 단순히 제거되는 조직이라 표준적이지 않고 치기도 쉬웠지만 색깔 변화를 놓치지 않은 것이 이번 연구 성과로 이어졌다"고 소개했습니다.물론 쉽지 않았다. 김 박사는 "단순히 색의 변화만 갖고 본격적인 연구를 추진한다는 것은 도전이었다"며"동맥 경화의 초기 연구 아닌 단계별 심화 연구에 대한 논의만 1년이 걸렸다"과 이야기했습니다.이번 연구 성과의 특징 중 바람직하지 않은 분석 방식이었다. 기존의 조직 검사에서는, 채취 후 화학적 처리에 의해 관측하기 쉽게 염색된다. 이런 전처리 과정에서 샘플의 정보 손실은 나쁘지 않고 지방의 경우 염색이 잘 안 된다는 단점도 있다.이 문제점을 해결한 것이 즉석 비선형 광학현미경이었던 비선형 광학현미경은 레이저를 이용해 분자가 가진 고유의 진동 모두를 선점하고 지화할 수 있다. 간단히 이야기하며 화학적 염색 없이 혈관과 외벽을 구성하는 지방, 콜라겐, 엘라스틴 등을 앞서가는 선택적으로 얻을 수 있다.​

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이 역시 쉬운 과정이 아니었다. 김 박사는 "비선형 광학이라는 분야 자체가 매우 고도의 기술(high tech)이 요구되는 어려운 분야"라며 "바이오와 광학 분야를 융합해 보았느냐 하는 데 서로의 이해와 존중이 있었기에 가능했습니다"라고 이 이야기를 했습니다.연구팀에 핵심 장비인 비선형 광학현미경을 갖출 수 있었던 데는 이상원 박사의 합류가 있었다. 이 박사는 "보통 연구소에 처음 입사했을 때 나에게 주어진 업무는 다른 연구 기관과 동등의 수준의 광학 장비를 구축하는 것이다"며"비선형 광학 현미경이라고 하는 고도의 장비를 혈관 연구에 맞게 구축하는 데 1년이 걸렸다"고 회상했습니다.그는 이어 "혈관 안팎에 존재하는 물질들은 각각의 분자 구조를 가지고 있으며 이로 인해 빛이 단순히 선형 굴절되지 않는다"며 "정밀하고 선명한 기이지를 얻기 위해서는 각 물질의 특성을 반영한 비선형 광학이 필요했다"고 이 스토리를 했습니다.​

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연구팀에 참여한 김수호 연구학생은 "보통 연구회에 와서 비선형 광학현미경을 접했는데, 장비를 잘 다루기까지 많은 어려움이 있었다"고 말했습니다.그는 이어 "덕분에 다른 분야를 접하고 성장할 수 있는 기회이기도 하다"며 "자칫 대학 전공수준에 갇힐 수 있었는데 보통연에서 연구팀으로 활동하면서 처음 단계인 연구 인프라도 접하고 연구 시야도 넓힐 수 있었다"는 소감을 전했습니다.연구팀은 비선형 광학현미경을 이용해 형질 전환 성장인자-베타(TGF-α)가 혈관 주변 지방조직의 섬유화를 유도하고 규칙적인 지방배열을 불규칙적으로 전천시키는 메커니즘을 발견했습니다.동맥경화 발병 초기에는 혈관으로부터 에너지 소모를 높여 혈관을 보호한다. 이때 세포호흡을 하는 미토콘드리아가 철(Fe) 성분에 따라 갈색을 띠기 때문에 갈색지방이라고 부른다. 이 과정에서 활동하는 신호전달물질인 형질전환성장인자 베타는 정상적으로 작용할 경우 혈관을 보호하지만 시간이 지나 메커니즘의 문제가 생겼을 경우 혈관 주변 지방조직의 섬유화와 불규칙적인 지방조직으로 유도해 오히려 동맥경화를 악화시킨다.즉 거꾸로 형질전환 성장인자-베타를 가운데로 한 혈관외벽의 메커니즘을 조절할 수 있다면 동맥경화를 진단 및 치료가 가능해질 수 있다. 김 박사는 "혈관 외벽 혈관 주변 지방조직의 메커니즘으로 혈관질병의 예방 및 진단이 가능하며, 나아가 과인아가 신약 및 new 치료비결 개발에 활용할 수 있다"며 "또한 비선형 광학현미경을 이용한 정밀진단 기술의 발전에도 기여할 것"이라고 강조했습니다.​

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김 박사는 이번 연구를 모두 함께 한 연구팀과 연구원들에게 감사의 뜻을 전했습니다. 그는 "이상원 박사와 많은 연구 학생(박사과정생)들이 긴 시간 동안 함께 의미를 모아 연구한 결과, 그리고 연구가 잘 진행될 수 있도록 환경을 만들어 준 어떻게든 갈고 닦은 것에 감사한다"고 말했습니다.​ ​ ▶[KRISS의 인터뷰 후의 이수리]유튜브 즉시 가https://www.youtube.com/watch?v=sg96b0BGf8Q

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