스트레스 호르몬 분비의 실시간 모니터링 가능
스트레스를 감지하면 인간의 두뇌는 부신 피질에서 스트레스 반응 호르몬인 코티졸을 분비하도록 지시한다. 신체 내부에 과도하게 분비된 코티졸은 만성 스트레스 반응을 유발해 전신에서 다양한 질환을 직접적으로 혹은 간접적으로 유발한다.
개발된 센서는 유연한 플라스틱 기판과 금속 전극으로 돼 있어, 체내에 완전히 삽입 고정된다. 스트레스에 의해 부신피질자극호르몬(ACTH)이 분비되면 부신 피질 세포는 코티졸을 생성하는데, 그 과정에서 세포막 내외로 이온이 이동한다. 여기서 발생하는 전기 신호를 센서가 감지하게 된다.
김태일 교수(성균관대학교), 최영진 교수(세종대학교) 공동 연구팀이 동물 체내에 삽입 가능한 유연한 전자소자로 부신의 전기생리학적 신호를 검지해 스트레스 호르몬인 코티졸을 간접 측정했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.
코티졸은 스트레스 상황에서 분비되는 호르몬으로, 지속적으로 과도하게 분비되면 만성질환과 우울증을 유발한다. 그 중요성에도 불구하고 코티졸 분비량을 검지하는 것은 쉽지 않다. 기존의 타액이나 혈액을 이용한 측정 방법은 실시간 모니터링이 불가능하고 검지 해상도가 낮은 한계가 있다.
연구팀은 유연한 플라스틱으로 구성된 전자소자를 개발해 부신 피질과 수질에서 코티졸을 분비할 때 나오는 전기신호를 측정했다. 개발된 시스템은 체내에 완전히 삽입된 채 부신의 전기신호를 외부 장치에 기록하는 데 성공했다.
시스템은 생체 친화적이어서 살아 움직이는 동물에서도 9주 이상 원만히 작동할 뿐 아니라 동물의 생존율도 매우 높았다.
김태일 교수는 “그동안 잘 알려지지 않은 부신의 호르몬 분비를 파악하는 기본 연구이며, 여타 다른 생체기관의 호르몬 조절 연구까지 파급효과를 보일 것”이라고 밝혔고, 최영진 교수는 “향후 의학적으로 환자 모니터링에 적용할 수 있을 뿐 아니라 감지 과정을 역이용하면 간단한 전기자극을 통해 스트레스가 질병화하는 것을 막을 수 있을 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래유망융합기술파이오니어사업의 지원으로 수행됐고, 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 1월 7일자에 논문명 ‘Chronic and Acute Stress Monitoring by Electrophysiological Signals from Adrenal Gland’, 김태일 교수(교신저자, 성균관대), 최영진 교수(교신저자, 세종대), 선우성혁 연구원(제1저자, 성균관대), 김수완 교수(공동연구자, 전남대병원) 등으로 게재됐다.