[연구실소개]

대사조절 기능신경해부학 연구실 (Functional Neuroanatomy of Metabolism Regulation)


최형진 교수(해부학교실)

1. 연구 주제 : 비만과 식욕 관련 항상성 조절 기전과 쾌락 추구 기전 연구

“There is no sincerer love than the love of food.”
“음식에 대한 사랑보다 더 진실된 사랑은 없다.” - George Bernard Shaw
우리는 왜 무엇을 하고 싶어할까? 쾌락을 추구하고, 고통을 회피하려는 본능은 왜 존재할까?
우리가 무엇을 하고 싶은 의지와 동기가 있다면, 그 행동을 할 수 있지만, 우리의 의지와 동기는 어디에서 시작되는 것일까?
모든 동물에게 가장 기본적인 필수적 쾌락은 무엇일까? 음식에 대한 사랑과 쾌락은 얼마나 근본적인 것일까?
우리는 왜 먹고 싶은가? 왜 먹고 싶을 수 밖에 없을까? 맛있다는 것은 어떤 경험인가? 어떤 쾌락인가? 왜 쾌락적인가?

본 연구실은 신체 대사 조절에 있어서, 뇌중추의 역할을 규명하는 연구를 한다. 음식 섭취량과 에너지 소비량은 뇌중심부의 식욕조절 중추에서 조절하는 것으로 알려져 있다. 대뇌피질에서 시각, 미각, 후각 등 외부 자극을 분석하고, 뇌의 보상중추는 음식의 쾌락적 보상효과를 반영하여, 식이행동과 관련하여 의사결정을 조절하게 된다. 이런 과정에서 중추신경계는 시상하부와 뇌간을 통하여, 말초 기관들로부터 다양한 호르몬 피드백과 자율신경계 피드백을 받아, 대사 항상성을 조절한다. 또한 중추신경계는 자율신경계를 통하여, 전신의 에너지 대사 소모량을 조절하고, 당대사, 장운동, 신경호르몬, 부신 등 전신의 대사를 조절한다. 이런 과정에서 뇌중추의 역할을 규명하여 비만,당뇨병 등 다양한 대사성 질환의 발병원인을 밝히고, 새로운 치료 방법을 개발하는 것을 목적으로 여러 연구를 수행하고 있다.

2. 연구 방법 : 동물모델 연구와 피험자 임상시험을 융합하는 중개연구

동물 모델 연구와 피험자 임상 시험을 융합하는 기초-임상 중개 연구를 통하여, 폭넓은 신경과학 연구를 진행하고 있다. 동물 모델 연구로 기초과학적인 기전을 밝히면, 그 기전이 실제 인체 질병에서 어떻게 적용될 수 있을지, 실제 임상시험으로 적용하는, Bench-to-Bedside 접근과, 인체질병을 관찰하여 발견한 가설을, 직접 동물모델 연구에서 입증하는, Bedside-to-Bench 접근을, 모두 연구할 수 있다는 것이 독특한 장점이다.

<주요 실험기법 및 연구내용>

1) 쥐 동물모델 뇌수술 실험

- 뇌정위 수술 : 특정 뇌 부위에 정확하게 약물, 호르몬, 유전자 등을 전달하여 뇌중추가 대사말초조직에 미치는 영향을 분석한다.
- 신경 활성 조작 : 광유전체(optogenetics), 화학유전체(chemogenetics) 방법을 통해, 살아 움직이는 동물의 특정 신경세포를 실시간으로 활성화/억제하며 행동 변화를 관찰한다.
- 신경 활성 측정 : 광섬유-광측정 (Fiber photometry) 방법을 통해, 살아 움직이는 동물의 특정 신경세포의 신경 활성도를 행동 변화 중 실시간으로 관찰한다.
- 행동 분석 : 음식과 물을 먹거나 선택하는 행동, 사회적 행동 등 동물의 신경 반응을 분석한다.

2) 인체 조직 실험

- 인체 카데바와 수술에서 얻은 샘플을 통해 특정 유전자의 신경해부학적인 분포와 역할을 규명한다.
- 투명화 3차원 분석 : 조직투명화방법을 사용하여, 3차원 입체적인 신경 분포와 신경 연결 네트워크를 분석한다.

3) 건강자원자/환자 임상시험

- 뇌영상 : Functional MRI 등 뇌영상 검사 방법을 사용하여, 음식 사진 등 특정 뇌부위에 뇌기능 활성도를 측정하고, 이를 바탕으로 뇌기능을 분석한다.
- 호르몬 : 대사조절에 관여하는 호르몬의 혈중 농도를 분석하여 호르몬이 뇌중추의 대사조절에 미치는 영향을 분석한다.
- 심리 인지 : 심리인지행동과 관련하여 다양한 설문지와 문답지를 사용하여, 피험자의 심리인지상태를 평가하고, 섭식에 관련된 행위 지표를 분석한다.
- 임상 시험 : 호르몬, 약, 신경조절자극, 행동조절, 수술 등 특정 임상시험 치료가 치료효과를 나타내는 뇌인지심리기전을 분석한다.

4) 원숭이 모델 실험

- 섭식 행동 분석 : 맛있는 음식과 맛없는 음식을 먹거나 선택하는 행동, 먹기 전과 먹는 도중, 먹고 나서의 행동을 보며 쥐나 사람에게는 볼 수 없는 섭식 행동을 관찰한다.
- 신경 활성 조작 : 같은 영장류인 사람에게는 할 수 없는, 광유전체 방법을 통해, 살아 움직이는 동물의 특정 신경세포를 실시간으로 활성화/억제 하며 행동 변화를 관찰한다.
- 전기 생리학 측정 : 광유전체, 전극삽입을 통해, 신경 활성 조작과 동시에 전기 생리학적으로 신호 변화를 측정함으로써, 광유전체와 실제 신호 변화를 같이 관찰한다.

3. 공동연구 : 기초-임상, 산학협력

뇌가 전신을 조절하는 역할을 규명하기 위해, 다양한 진료과와 다양한 환자들에 대한 공동연구와 질환동물모델 연구를 수행하고 있다. 또한 다른 기초과학분야와도 기술적 협력연구를 통해 각자의 독특한 역할을 맡고 있다. 또한 비만 관련 다양한 산업계와 산학협력 연구를 통하여, 연구 결과가 사회에 직접 영향을 줄 수 있도록 노력하고 있다. 이와 같은 다양한 공동연구를 통해, 보다 폭넓은 기초연구, 환자연구, 응용연구를 함께 수행하고 있다.

4. 연구실 단체 사진



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