I. 제목
신경-혈관 기능 분석을 위한 생체 영상 기술 및 시스템 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
신경세포의 활성에 따라 늘어나는 혈류 요구량을 충족시키기 위해 주위 혈관이 확장되는 신경-혈관 연결(neuro-vascular coupling) 기능의 측정은 알츠하이머병과 같은 뇌질환을 조기 진단 지표 및 치료 표적으로 응용될 수 있음. 그러나 신경-혈관 연결 기능은 혈액이 흐르는 생체 내에서만 정확히 측정될 수 있어 in vivo 실험이 필수적이지만, 기존의 침습적인 실험 방법으로는 한계가 있어 측정 및 조절을 위한 새로운 기술의 개발이 필요한 상황임.
III. 연구개발의 내용 및 범위
근적외선 형광 물질의 생체내 동역학을 분석함으로써 비침습적으로 뇌혈류를 영상화할 수 있는 기술을 개발하고 이를 이용한 영상화 장비를 개발함. 펨토초 펄스 레이저를 이용하여 생체 내에서 신경-혈관 연결 기능과 관련된 뇌세포 및 혈관내피세포, 민무늬근세포 등의 기능을 비침습적으로 조작할 수 있는 기술을 개발함. 이러한 기술들을 바탕으로 생체 내에서 신경-혈관 연결 기능을 측정하고 조절할 수 있는 다양한 광학 기술을 수립함.
IV. 연구개발결과
생쥐에 근적외선 형광 물질인 인도시아닌 그린(indocyanine green)을 정맥 주사한 후 머리에서의 형광 신호를 영상화한 후 픽셀마다의 동역학을 분석하여 뇌혈류를 2차원적으로 영상화 함. 이러한 뇌혈류 영상화는 두피를 제거하지 않고도 비침습적으로 측정이 가능함을 보였고, 근적외선 동역학 촬영에 최적화 된 광학 부품들로 구성된 소동물용 광학 장비를 개발함. 펨토초 펄스 레이저를 혈관벽에 순간적으로 조사함으로써 동맥의 수축을 유발하는 기술과 뇌혈관 투과도 증가를 이용한 중추신경계 약물 전달 기술을 개발함. 또한 펨토초 펄스 레이저를 이용하여 성상교세포의 활성을 조절하여 최종적으로 혈관 확장을 조절할 수 있는 기술 및 유해한 염증반응 없이 특정 세포만 선택적으로 제거할 수 있는 기술을 개발함. 이와 같이 펨토초 펄스 레이저를 이용한 기술들을 통하여 생체 내에서 비침습적으로 뇌기능을 조절할 수 있는 광학-기반 기술을 수립하였고, 이를 통해 신경-혈관 연결 기능 측정 및 조절을 위한 원천 기술들을 확보하였음.
V. 연구개발결과의 활용계획
비침습적인 광학적 혈관투과도 조절 및 세포기능 조절 기술과 같은 원천기술을 이용하여 신경-혈관 연결 기능의 조절 메커니즘을 밝히는 등의 다양한 후속 연구가 가능함. 또한 광학적 생체 기능 측정 및 조절 기술들의 임상 활용을 위한 연구를 진행할 수 있음. (주)뷰웍스와 체결된 기술이전을 기반으로 생체 기능의 측정 및 조절을 위한 광학적 기술들의 산업화를 진행중임.