인하대학교(총장 조명우)가 우주미세중력(microgravity) 환경이 우주인의 인지기능에 미치는 영향와 원인을 뇌신경회로칩 모델을 이용해 규명했다고 19일 발표했다.

이번 연구는 인하대 양수근, 유혜진 교수팀과 동국대 방석영 교수팀, 광주과학기술원 조경래 교수팀의 공동연구를 통해서 진행됐다.

공동연구팀은 뇌신경회로 모사칩을 활용해 우주미세 중력환경 내 신경세포의 연결성 변화와 신경세포의 활성을 측정한 결과 미세중력환경에서 신경세포의 연결성이 지상환경▲ 양 수근 교수       과 비교해 유의미하게 떨어진다는 것을 확인했다.

연구팀은 랫드(rat) 배아에서 추출한 신경아세포를 신경세포로 성숙시킨 뒤 뇌신경회로칩에 탑재해 우주미세중력 모사환경에서 배양하면서 뇌신경세포의 변화를 추적·관찰했다.

그 결과, 세포 내 활성산소의 증가, 세포 내 칼슘 농도의 변화, 축삭돌기의 밀도와 시냅스 형성의 감소, 세포 스트레스에 대한 방어 기전에 관여하는 유전자(HSPA4)의 발현 감소, 신경퇴행 질환과 연관된 유전자(SNCA)의 발현이 증가하는 것을 관찰했다.

미항공우주국(NASA)은 우주인의 비가역적인 뇌인지기능의 변화는 인류의 성공적인 화성 탐사와 지속가능한 우주개척을 위해서 반드시 풀어야 할 난제 중 하나로 발표했으며, 전세계 우수 연구진이 이에 대한 해결을 위해 노력하고 있다.

연구책임자인 양수근 의과대학 교수는 “이번 연구는 우주 환경이 뇌신경세포의 시냅스 형성에 영향을 미칠 수 있다는 세계 최초의 연구 보고”라며 “앞으로 우주인의 인지기능 저하에 대한 대응 전략개발에 중요한 기초 자료가 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 교육부의 대학중점연구소 지원사업과 보건복지부, 과학기술정보통신부 등 다부처의 국가연구개발사업(한국형 ARPA-H)의 지원을 받아 수행됐으며, 국제 저명 학술지인 Acta Biomaterialia(impact factor: 9.6, 분야 상위 8.5%)에 최근 게재됐다.

▲우주 비행과 같은 미세중력 환경을 모사하기 위해 뇌신경회로 모사칩을 사용해 전시냅스·시냅스 채널·후시냅스 구조의 신경 네트워크를 구축했다. 미세중력 조건에서는 활성산소종(ROS)이 증가하고, 시냅스 단백질인 Synapsin-1의 발현이 감소했다. 또한, HSPA4 발현은 감소하고 SNCA 발현은 증가해, 미세중력이 뇌신경회로에 부정적인 영향을 미침을 시사한다.