장거리 우주여행을 위한 ‘동면’ 기술 개발됐다 [사이언스 브런치]

찬 바람이 불고 추워지면 곰이나 다람쥐, 뱀 등 ‘동면’에 들어가는 동물들이 많다. 동면(冬眠)이라고 하면 많은 사람이 겨우내 잠을 자는 것으로 생각한다. 그렇지만 동면은 잠과는 분명히 다르다. 잠을 잘 때와 동면을 할 때, 그리고 깨어있을 때의 활력 징후에 차이가 있기 때문이다. 이 때문에 많은 과학자는 동면의 비밀을 풀어내고 이를 활용해 질병 치료 등에 응용하려고 시도하고 있다.

이런 상황에서 미국 세인트루이스 워싱턴대 의생명공학과, 세인트루이스 워싱턴대 의대 면역학·병리학과, 영상의학과, 정신의학과, 시애틀 워싱턴대 통증의학과, 신경생물학 및 중독연구센터 공동 연구팀은 초음파를 이용해 동물을 겨울잠 자는 상태와 비슷하게 만드는 데 성공했다고 2일 밝혔다. 이번 연구 결과는 의학 및 생명과학 분야 국제학술지 ‘네이처 신진대사’ 5월 26일자에 실렸다.

일반적으로 잠을 잘 때나 깨어있을 때 심박수, 호흡수, 체온 등 활력징후는 크게 차이를 보이지 않는다. 그렇지만 동면에 빠진 동물들은 깨어 있을 때와 활력징후는 물론 뇌파는 전혀 다른 양태를 보인다.

연구팀은 동면에 드는 포유류들의 경우 에너지 절약을 위해 신진대사를 늦추고 체온을 낮춘다는 사실에 착안했다. 이런 상태는 중추 신경계에 의해 제어되는 것으로 알려져 있다. 이에 초음파를 이용해 특정 신경세포를 활성화하면 동면과 비슷한 상태를 유도하려고 시도했다. 연구팀은 암컷과 수컷 생쥐 12마리의 머리에 초음파를 블루투스 방식으로 전달할 수 있는 장치를 씌운 다음 자유롭게 움직이도록 했다. 이런 상태에서 연구팀은 동면을 유도하는 것으로 알려진 시상하부 전전두엽 부위에 10초간 초음파를 보냈다.

그 결과 뇌에 초음파를 받은 수컷과 암컷 쥐 모두 체온이 평균 3~3.5도가량 떨어지고 심박수가 감소하면서 산소 소비량이 감소하는 것을 확인했다. 10초간 초음파 조사를 하면 2시간 정도 동면 상태에 빠지는 것으로 확인했다.

연구팀은 생쥐들의 체온이 다시 정상을 되찾으면 초음파를 반복적으로 조사하는 장치를 만들어 장착시키고 실험한 결과 최대 24시간 동안 동물들의 신체에 손상이나 불편감 없이 동면 상태를 유도할 수 있다는 것으로 확인했다.

이번 연구를 이끈 홍 첸 세인트루이스 워싱턴대 교수는 “이번 연구 결과를 사람에게 적용하기 위해서는 추가 연구가 필요하다”라면서 “이번 기술로 뇌의 신경 세포를 자극해 일시적으로 체온을 낮추고 신진대사를 늦출 수 있다면 응급 상황이나 급성 중증 질환 환자 치료는 물론 미래에 장거리 우주여행을 할 때 도움이 될 것”이라고 설명했다.

유용하 기자