'적색 빛'으로 자극했더니 치매 기억력 되살렸다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이, 약물 없이 빛만으로 인지 기능을 개선할 수 있는 효과적인 OLED 색상을 규명했다.

한국과학기술원(KAIST)은 최경철 전기전자공학부 교수 연구팀과 구자욱·허향숙 한국뇌연구원 박사 연구팀이 균일 조도의 3가지 색 OLED 광자극 기술을 개발했다고 24일 밝혔다. 연구팀은 청색·녹색·적색 중 ‘적색 40Hz 빛’이 알츠하이머 병리와 기억 기능을 가장 효과적으로 개선한다는 사실도 확인했다.

최경철 교수 연구팀(위)과 구자욱박사연구팀(가운데), 허향숙박사팀(아래).(사진=KAIST)

우선 연구팀은 기존 LED 방식이 가진 밝기 불균형, 열 발생 위험, 동물의 움직임에 따른 자극 편차 등 한계를 해결하기 위해 균일하게 빛을 내는 OLED 기반 광자극 플랫폼을 구축했다. 이 플랫폼을 활용해 백색·적색·녹색·청색 빛을 동일한 조건(40Hz 주파수·밝기·노출시간)에서 비교한 결과, 적색 40Hz 빛이 가장 우수한 개선 효과를 보였다.

초기 병기(3개월령) 동물 모델은 단 2일 자극만으로도 병리 및 기억력 개선됐다. 초기 알츠하이머 동물 모델에 하루 1시간씩 이틀간 빛을 조사한 결과, 백색·적색 빛 모두 장기기억이 향상됐고 해마 등 중요한 뇌 영역에 쌓여 있던 알츠하이머병의 대표 원인 물질로 알려진 단백질 찌꺼기(덩어리)인 ‘아밀로이드베타(Aβ) 플라크’가 줄었으며 플라크를 제거하는 데 도움이 되는 효소(ADAM17)가 더 많이 만들어지는 것으로 나타났다.

중기 병기(6개월령) 모델에서는 적색 빛에서만 통계적 병리 개선을 확인했다. 중기 알츠하이머 모델을 대상으로 2주간 동일 조건으로 장기 자극을 수행한 결과, 백색·적색 모두 기억력 향상은 있었지만 플라크 감소는 적색에서만 통계적으로 유의미하게 나타났다.

분자 수준에서도 색상별 차이가 분명했다. 적색 빛을 비춘 경우에는 플라크를 없애는 데 도움이 되는 효소(ADAM17)는 늘어나고, 플라크를 만드는 효소(BACE1)는 줄었다. 반면 백색 빛은 플라크를 만드는 효소(BACE1)만 줄어들어, 적색 빛에 비해 치료 효과가 제한적이었다.

연구팀은 빛 자극 후 실제로 어떤 뇌 회로가 작동했는지를 확인하기 위해 뇌세포가 활성화될 때 가장 먼저 켜지는 표지 유전자 발현도 분석했다.

그 결과, 시각피질부터 시상, 해마로 이어지는 시각·기억 회로 전체가 활성화되는 것으로 나타났다.

이번 연구는 약물 없이 빛만으로 인지 기능을 개선하고, 색상·주파수·기간 조합을 통해 알츠하이머 병리 지표를 조절할 수 있음을 규명한 성과다. 연구팀은 앞으로 자극 강도·에너지·기간·시각·청각 복합 자극 등 다양한 조건을 확장해 임상 단계로 발전시킬 계획이다.

최경철 교수는 “균일 조도 OLED 플랫폼은 기존 LED의 구조적 한계를 극복해 높은 재현성과 안전성 평가가 가능하다”며 “앞으로 일상생활 속에서 착용해 치료할 수 있는 웨어러블 RED OLED 전자약이 알츠하이머 치료의 새 패러다임을 제시할 것”이라고 말했다.

연구 결과는 생체의학·재료 분야 국제 학술지 ‘에이씨에스 바이오매터리얼즈 사이언스 앤 엔지니어링(ACS Biomaterials Science & Engineering)’에 지난 달 25일자 온라인판에 게재됐다.