약물 없이 빛의 색상만으로 알츠하이머의 기억력과 병리 지표를 개선하는 치료법이 나왔다.
KAIST 최경철 교수팀과 한국뇌연구원(KBRI) 구자욱·허향숙 박사팀은 40㎐ 대역 적색 빛이 알츠하이머 병리 감소와 기억력 개선 효과가 가장 우수함을 규명한 OLED 광자극 기술을 개발했다.
공동연구진은 기존 LED 방식의 단점인 밝기 불균형, 열 발생 위험, 움직임에 따른 자극 편차 등을 해결한 OLED 기반 광자극 플랫폼을 구축했다.
이를 활용해 백·적·녹·청색 빛을 40㎐·밝기·노출시간이 동일한 조건에서 비교한 결과 적색 40㎐에서 개선효과가 가장 우수했다.
병기에 따른 조건 실험에서 3개월령 초기 알츠하이머 동물 모델은 하루 1시간씩 이틀간 빛을 조사한 결과 백·적색 빛 모두 장기기억이 향상됐고, 해마 등 중요한 뇌 영역에 쌓여 있던 알츠하이머병의 대표 원인물질인 단백질 찌꺼기 ‘아밀로이드베타(Aβ) 플라크’가 줄었다.
플라크를 제거하는 데 도움이 되는 효소 ‘ADAM17’가 더 많이 만들어진 사실도 확인했다.
특히 적색 빛에서 염증을 악화시키거나 뇌 조직에 스트레스를 가해 알츠하이머병 진행에 영향을 주는 ‘염증성 사이토카인 IL-1β’가 크게 감소해 염증 완화효과도 확인됐다.
또 플라크 감소량이 많을수록 기억력 향상 폭은 더 커져 병리 개선이 인지기능 향상으로 직접 이어지는 것도 검증했다.
반면 6개월령 중기 모델에서는 적색 빛에서만 통계적 병리 개선이 나타났다.
중기 알츠하이머 모델을 대상으로 2주간 동일조건으로 장기 자극을 수행한 결과, 백·적색 모두 기억력 향상은 있었지만 플라크 감소는 적색에서만 통계적으로 유의미했다.
이는 분자 수준에서도 색상별 차이가 분명했다.
적색을 비춘 경우에 플라크 제거에 도움이 되는 효소 ‘ADAM17’은 늘고, 플라크를 만드는 효소 ‘BACE1’는 줄어 플라크 생성 억제·제거 촉진의 이중효과가 나타났다.
반면 백색 빛은 BACE1만 줄어 적색 빛에 비해 치료 효과가 제한적이었다.
아울러 연구진은 빛 자극 후 실제로 어떤 뇌 회로가 작동했는지를 확인하기 위해 뇌세포가 활성화될 때 가장 먼저 켜지는 표지 유전자 ‘c-Fos’의 발현을 분석했다.
분석 결과 시각피질, 시상, 해마로 이어지는 시각–기억 회로 전체가 활성화됐고, 이는 빛 자극이 시각 경로를 깨워 해마 기능과 기억력 향상으로 이어진다는 직접적 신경학적 근거가 된다.
이와 함께 균일 조도의 OLED 플랫폼 덕분에 동물이 움직여도 빛이 고르게 전달되고, 반복 실험에서 일관된 효과가 재현되는 높은 신뢰성을 확보했다.
이번 연구는 약물 없이 빛만으로 인지기능을 개선하고, 색상·주파수·기간 조합을 통해 알츠하이머 병리 지표를 조절할 수 있음을 의미한다.
특히 연구진이 개발한 OLED 플랫폼은 색·밝기·깜박임 비율·노출 시간을 세밀하게 조절할 수 있어, 사람 대상 임상 연구에서 개인별 맞춤 자극 설계에도 적합하다.
연구팀은 자극 강도·에너지·기간·시각·청각 복합자극 등 다양한 조건을 확장해 임상단계로 발전시킬 계획이다.
KAIST 노병주 박사는 “이번 연구는 색상 표준화의 중요성을 실험적으로 입증하고, 적색 OLED가 병기별로 ADAM17 활성화와 BACE1 억제를 동시에 유도하는 핵심 색상임을 확인했다”고 설명했다.
최 교수는 “일상에서 착용해 치료할 수 있는 웨어러블 RED OLED 전자약이 알츠하이머 치료의 새로운 패러다임을 제시할 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 지난달 25일 국제학술지 `에이씨에스 바이오매터리얼즈 사이언스 앤 엔지니어링(ACS Biomaterials Science & Engineering)'에 게재됐다.
(논문명: Color Dependence of OLED Phototherapy for Cognitive Function and Beta-Amyloid Reduction through ADAM17 and BACE1, DOI : https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsbiomaterials.5c01162
※ 공저자정보: Byeongju Noh, Hyun-Ju Lee, Jiyun Lee, Jiyun Lee, Ji-Eun Lee, Bitna Joo, Young-Hun Jung, Minwoo Park, Sora Kang, Seokjun Oh, Jeong-Woo Hwang, Dae-Si Kang, Yongmin Jeon, So-Min Lee, Hyang Sook Hoe, Ja Wook Koo, Kyung Cheol Choi)
