나노기술 및 정책 정보

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"장 위에 있는 나비"를 경험한 사람이라면 누구나 장과 뇌 사이에 실제 물리적 연결이 있다는 사실에 놀라지 않을 것임. 신경 과학자 및 의료 전문가는 이를 "장뇌 축"(GBA, Gut-Brain-Axis)이라고 함. GBA를 더 잘 이해하면 과민성 대장 증후군(IBS) 및 류마티스 관절염(RA)과 같은 다양한 만성 자가 면역 염증성 질환뿐만 아니라 우울증 및 불안과 같은 신경학적 기분 장애를 치료할 수 있음. 문제는 지금까지 모든 의사들이 이러한 GBA 관련 장애를 감지하기 위해 협력해야 하는 "나비"였다는 것임. 오늘날에도 이러한 질병은 주로 환자 자신의 증상보고에 의해 진단됨. 장애의 존재를 나타내는 신체 내 물질의 객관적인 측정인 "바이오 마커"를 찾는 것은 진단을 획기적으로 개선하고 환자가 자신의 증상을 정확하게 식별하는 데 가지는 엄청난 부담을 줄일 수 있음. 과학자들은 화학적 신경 전달 물질인 세로토닌이 다양한 GBA 장애에 대한 바이오 마커라고 추측함. 세로토닌은 뇌와 결장 사이의 물리적 연결부인 미주 신경을 통해 신경계를 활성화시킴. 장 내벽 깊숙이 생성된 세로토닌은 궁극적으로 기분과 감정에서부터 수면, 소화 및 호르몬 분비에 이르기까지 모든 것에 영향을 미침. 그것의 생산은 어떤 식으로든 이 환경에 존재하는 박테리아 "미생물 군집"의 영향을 받음. 연구자들은 장내 미생물 군집에서 세로토닌의 생성과 기능 장애를 분석하는 도구를 만드는 것이 GBA 관련 장애의 신비를 푸는 데 도움이 되기를 희망함.

메릴랜드 대학교(University of Maryland) 연구팀이 장내 미생물 군유 전체 세로토닌 활동의 실시간 처리를 모니터링하고 모델링 할 수 있는 플랫폼을 개발하는 데 상당한 진전을 이루었음. 그들의 목표는 언젠가 플랫폼을 GBA 질병을 감지, 치료 및 모니터링 할 수 있는 섭취 가능한 캡슐로 패키지화하는 것임. 연구팀은 신경 과학, 분자 신호, 마이크로 나노 장치 및 시스템을 통합하고 있음. 이를 통해 시뮬레이션된 GBA 플랫폼 (세포 대 세포, 세포 대 분자, 분자 대 신경)의 각 접합부의 인터페이스에서 데이터를 측정하고 조사 할 수 있음. 분석하고 해석하기 위한 엔지니어링 방법론을 개발함. 이 작업은 UMD MEMS 센서 및 액추에이터 실험실, 피셸 생명 공학부, 뇌 및 행동 이니셔티브에서 개발된 섭취 가능한 의료 기기 전문 지식을 기반으로 함.

본 연구 성과는 ‘Journal of Microelectromechanical Systems’ ("A Hybrid Biomonitoring System for Gut-Neuron Communication") 지에 게재됨.