[과학산책] 정용 교수

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< 정용 교수 >

‘과학 산책’ 시리즈는 교수님과의 인터뷰를 통해 바이오및뇌공학과의 다양한 연구 분야를 알아보는 시간입니다. 이번에는 올해 6월에 창립된 대한뇌혈류대사학회의 초대 회장을 맡으신 정용교수님을 모시고 인터뷰를 진행하였습니다.

Q1. 안녕하세요, 정용 교수님. 교수님께서 대한뇌혈류대사학회의 초대 회장을 맡으셨다고 들었습니다. 정말 축하드립니다. 대한뇌혈류대사학회의 소개와 앞으로 어떤 일을 추진하고 싶으신지 향후 계획을 여쭤보고 싶습니다.

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< (왼쪽부터) 초대 회장 바이오및뇌공학과 정 용 교수, 창립총회 및 학술대회 행사 사진 >

국제뇌혈류대사학회(International Society for Cerebral Blood Flow & Metabolism)라고 1981년에 정식으로 학회로 발족된 꽤 유구한 역사를 갖고 있는 학회가 있습니다. 그동안 저도 이 학회에 쭉 참여를 해왔는데, 좋은 기회가 되어서 이 학회가 주최하는 브레인 앤 브레인 팻 BRAIN & BRAIN PET 2025를 내년에 한국에서 유치하게 됐습니다. 이 학회의 유치를 계기로 관련 연구자들, 기초 연구자들이나 임상연구자들, 그리고 공학 연구자들을 모았고 성공적인 학회 개최를 위해 연구회 활동을 1년 반 정도 활발히 하다가 학회로 발족을 하게 되었습니다. 올해 6월 1일 첫 학회를 발족하게 되었고 제가 초대회장으로 일하게 되었습니다.

뇌 혈류 대사가 무슨 의미를 가질까 궁금해하실 텐데요. 우리가 일상에서 가장 중요한 것이 먹고 사는 것이라면, 뇌가 잘 기능하기 위해 가장 필요한 것은 혈류입니다. 혈류가 원활하게 공급되고, 이를 통해 에너지가 만들어져야 뇌가 제 기능을 할 수 있습니다. 뇌는 우리 몸의 약 5%에 불과하지만, 신체의 약 20% 이상의 혈류와 산소를 소비합니다. 이것은 뇌가 매우 높은 에너지를 필요로 하고, 그만큼 많은 자원을 소모한다는 것을 의미합니다. 혈류는 뇌에 일률적으로 공급되는 것이 아니라 활동이 활발한 영역에 더 많이 필요합니다. 따라서 혈류는 뇌의 다양한 부위에 적절히 분배되어야 하며, 이 과정은 매우 정교하게 조절됩니다.

이 혈류 조절이 잘 이루어지지 않는다면, 뇌졸중이나 다른 다양한 질환이 발생할 수 있습니다. 뇌졸중의 경우 혈관이 막히거나 염증으로 인해 혈류량이 변하면 발생할 수 있습니다. 또한, 혈관이 비정상적으로 자라나는 뇌종양이나, 퇴행성 뇌 질환에서 나타나는 단백질 축적과 같은 문제도 관련이 있습니다. 이러한 질환들은 모두 혈류와 대사 과정의 이상과 관련이 있습니다.

국내에서도 기초 분야에서 많은 연구가 이루어졌으나 다소 약한 편이었습니다. 임상 쪽에서는 뇌졸중 환자, 혈관성 치매, 뇌 염증, 뇌종양과 관련한 연구가 활발히 이루어졌으며, 최근에는 오가노이드나 브레인 온 어 칩 같은 인 비트로 칩 기술의 연구자들과 관련 회사들이 생겨나고 있어 충분한 연구 역량을 갖추고 있다고 생각합니다.

학회는 이러한 연구자들이 모여 네트워킹하고, 공동 연구를 진행하며, 새로운 연구 주제를 발굴하는 중요한 장을 제공합니다. 학술대회에서는 이론적인 학습뿐만 아니라, 연구자들 간의 교류와 협력이 이루어져야 합니다. 또한, 젊은 연구자들을 위한 교육 프로그램과 연구비 지원, 그리고 정부나 식약처 같은 규제 기관들과의 협력, 산업체 자문 역할들을 할 것으로 기대하고 있습니다.

Q2. 교수님께서는 여러 가지 뇌영상 기법을 통하여 네트워크 관점에서 뇌 신경 신호를 분석하여 뇌 인지 기능의 메커니즘을 이해하고 알츠하이머 같은 퇴행성 뇌 질환에 적용하는 연구를 활발히 진행하고 계신 것으로 알고 있습니다. 구체적으로 어떤 연구를 진행하고 계시는지 소개 부탁드립니다.

알츠하이머 같은 퇴행성 뇌 질환을 연구하는 것이 굉장히 중요한 시대가 됐습니다. 이 중요성이 더욱 부각되는 이유는 환자 수가 많아지고 있기 때문인데요. 현재 여성의 평균 수명이 90세, 남성은 87세에 달하며, 인구의 1/4이 65세 이상인 고령화 사회에 살고 있습니다. 65세 이상 인구의 약 10%가 치매를 앓고 있으며, 85세 이상에서는 이 비율이 약 40%에 이릅니다.

치매의 문제는 단순히 생사와 관련된 것이 아니라, 인지 장애를 가진 채로 환자들이 10년 이상 삶을 이어간다는 점입니다. 개인의 정체성이나 존엄성을 잃고 가족들에게 심리적, 경제적 부담을 주며 사회적으로도 큰 영향을 미칩니다. 그래서 치매의 발생률을 낮추거나 치료법을 개발하는 것 그 자체로도 가치는 있지만 지속적인 사회의 유지에도 굉장히 중요한 일입니다.

현재까지 알츠하이머병의 치료제는 주로 대증치료를 기반으로 하고 있었습니다. 대증치료란, 감기에 걸렸을 때 바이러스 자체를 치료하기보다는 콧물약이나 기침약을 먹는 것처럼, 기억력 저하나 집중력 저하 같은 증상에 대해 약을 사용하는 것을 말합니다. 그러나 최근에는 알츠하이머병에서 아밀로이드를 타겟팅하는 항체 기반의 신약들이 개발되어 FDA와 식약처의 승인을 받았고, 우리나라에도 이번 가을에 출시될 예정입니다.

그러나 이러한 신약에도 여전히 여러 가지 한계점이 존재합니다. 주요 부작용으로는 혈관성 부작용이 있어 뇌출혈이나 뇌부종이 발생할 수 있습니다. 현재 저희 연구실은 이러한 부작용을 줄이는 동시에 병이 발생하기 전에 조기 진단할 방법을 연구하고 있습니다. 기존의 알츠하이머 치료제들이 실패한 큰 이유 중 하나는 너무 늦게 치료를 시작했기 때문입니다. 아밀로이드 관련 영상이나 뇌척수액 검사에서 밝혀진 바에 따르면, 치매 증상이 나타나기 10년에서 15년 전부터 이미 아밀로이드가 축적되기 시작한다고 합니다.

그래서 현재는 질병의 정의를, 바이오마커를 기반으로 재정의하고, 아밀로이드 양성이면 증상이 없더라도 환자로 간주하여 치료를 시작해야 한다고 보고 있습니다. 이러한 이유로, 저희는 영상 기반의 다양한 연구를 진행하고 있으며, 뇌 영상에서 어떤 특징을 분석할 것인지에 대한 고민에서 네트워크 기반 접근 방식을 주로 사용하고 있습니다. 최근에는 인공지능을 결합하여 유전자 데이터와 환자의 생활 습관 데이터를 통합하는 연구를 진행하고 있습니다. 병이란 유전적 요소와 환경적 요소가 모두 영향을 미치기 때문에, 이들을 종합적으로 고려하여 조기 진단과 정확한 진단을 목표로 하고 있습니다.

치료 관련하여서는 대부분의 연구는 아밀로이드를 대상으로 하거나 특정 생물학적 기반의 분자를 타겟으로 하는 치료법이 많이 시도되고 있습니다. 최근 저희가 관심을 갖고 있는 주제는 'Cognitive Reserve', 즉 인지 예비능이라는 개념입니다. 쉽게 말해 '뇌의 맷집'이라고 할 수 있습니다. 이 개념은 같은 바이러스에 노출되어도 어떤 사람은 병에 걸리고, 어떤 사람은 걸리지 않는 것처럼, 알츠하이머 병의 병리학적 특징이 같더라도 증상이 다를 수 있다는 점에서 비롯되었습니다. 즉, 어떤 사람은 뇌에 병리학적 변화가 심함에도 치매 증상이 경미한 반면, 다른 사람은 병리학적 변화가 적음에도 불구하고 심각한 증상을 보일 수 있습니다.

이 개념은 1980년대 이후에 진행된 수녀님들을 대상으로 한 Nun Study에서 처음 알려졌습니다. 수녀님들은 생활 패턴이 매우 유사하여 환경 요인이 통제된 그룹으로, 매년 뇌 영상을 촬영하고 뇌 기능 검사를 진행한 후, 돌아가시면 뇌를 기증하셨습니다. 부검 결과, 생전 치매가 아니었던 분 중 일부는 뇌에 아밀로이드가 많이 쌓여 있었고, 반대로 뇌에 아밀로이드가 적게 쌓여 있었음에도 치매였던 사례가 발견되었습니다. 이러한 차이를 설명하는 개념이 바로 인지 예비능입니다.

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< 인지 예비능의 개념도. x축은 병리 소견의 양이고 y축은 인지 예비능의 양이다. 인지 예비능이 높은 사람은 치매가 늦게 나타나고, 낮은 사람은 빨리 나타난다. 그러나 인지 예비능이 높은 사람이 증상이 나타나기 시작하면, 병의 진행도는 증상이 낮은 사람에 비해 빠르다. (정용 교수님 제공) >

병리학적 상태와 임상 증상이 항상 일치하지 않는 그룹이 존재하기 때문에, 이를 설명하는 생물학적 기전을 찾고 있습니다. 이상적으로는 뇌의 '맷집'을 강화할 수 있는 약물이 있다면, 병이 발생하기 전에 미리 이러한 방어 능력을 키워놓는 것이 훨씬 효율적일 것입니다. 이러한 기전은 특정 분자나 프로세스를 통해 구현될 수 있으며, 현재 전 세계적으로도 많이 연구되지 않은 분야입니다. 저희는 이번에 과제로 이 주제를 제안하여 연구를 진행하고 있습니다. 그중 하나는 혈관성 요인인데, 알츠하이머병 환자 중 뇌졸중이나 당뇨, 고혈압 같은 혈관성 위험 인자가 있는 경우 인지 기능이 급격히 저하될 수 있습니다. 다행히도 혈압, 당뇨, 고지혈증 등은 약물로 관리가 가능하기 때문에, 이러한 요인들이 뇌를 보호하는 방식과 그 메커니즘을 탐구하고 있습니다. 이를 통해 인지 예비 능력을 향상시키는 기전으로 발전시킬 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 연구 주제이기도 하여 이러한 혈관성 요인이 알츠하이머와 같은 퇴행성 뇌 질환에 어떻게 작용하며, 이를 막을 수 있는 방법을 연구하고 있습니다.

또한, 환경 요인에 대한 연구도 중요한 주제입니다. 과거에는 환경 요인을 셀프 리포트 방식으로 조사했으나, 최근 디지털 기술의 발달로 웨어러블 기기와 스마트 홈 센서를 통해 운동량, 식습관 등 환경 요인을 정확히 측정할 수 있게 되었습니다. 저희 연구실은 LG전자와 협력하여 이러한 디지털 헬스케어 기술을 활용한 모니터링 시스템을 개발하고 있으며, 이와 관련된 센터를 운영해서 센터장을 맡고 있습니다. 이전에는 뇌 중심으로 뇌 질환에 초점을 맞췄다면, 이제는 유전적 요인과 환경 요인까지 통합적으로 고려하여 뇌 질환의 예방과 관리를 목표로 연구 범위를 확장해 나가고 있습니다.

Q3. 이와 관련하여, 최근 교수님 연구실의 연구 결과에서 가장 교수님의 흥미를 끌었던 발견이나 결과를 공유해주신다면 어떤 것이 있을 지 궁금합니다.

과거에는 인지 예비능을 단순히 교육 연수로 측정했습니다. 예를 들어, 고졸이면 12년, 대졸이면 16년 등으로 점수를 매기거나, 직업의 복잡성을 나타내는 지표를 사용했습니다. 그러나 이러한 방식은 평생의 교육 경험이나 학교 밖에서의 학습을 반영하지 못했습니다. 그래서 저희는 뇌 영상을 기반으로 인지 예비능을 측정할 수 있는 방법을 개발했습니다. 이 방법의 장점은 시간에 따른 변화를 반영할 수 있으며, 개인별로 세밀한 측정이 가능하다는 점입니다. 삼성서울병원과 아산병원과 협력하여 환자들을 대상으로 이러한 지표를 만들고, 2년 이상 추적 관찰을 통해 인지예비능이 낮은 사람은 빠르게 나빠지고, 높은 사람은 천천히 나빠지는 경향을 실증적으로 확인했습니다.

인지 예비능은 주로 알츠하이머병을 대상으로 연구되었지만, 이를 다른 퇴행성 뇌 질환에도 적용할 수 있습니다. 예를 들어, 파킨슨병에서는 '운동 예비능'이라는 개념을 사용하여, 병리학적 상태가 심각하지만 운동 증상이 덜 나타나는 환자와 반대로 증상이 심한 환자를 구별할 수 있는 지표를 개발했습니다. 이를 통해 앞으로 어떤 환자가 빨리 진행될지, 천천히 진행될지를 예측하고, 이에 맞춰 적절한 치료를 제공할 수 있는 맞춤형 치료제 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대합니다.

Q4.오랜 시간 많은 연구를 진행해 오신만큼, 교수님 만의 연구 철학이 있으시다면 어떤 것인지 궁금합니다. 더불어, 연구에 대한 아이디어나 통찰력을 얻는 교수님 만의 노하우가 있으신 지 궁금합니다.

연구를 할 수 있다는 것은 굉장한 특권이라고 생각합니다. 이 특권을 숙제로 여기면 힘들 수 있지만, 누구나 할 수 있는 일이 아니라는 점에서 매우 특별한 기회입니다. 많은 교수님이 공통적으로 말씀하시겠지만, 호기심을 유지하는 것이 중요한 동기 부여가 됩니다. 저도 항상 '어떤 사람이 가장 행복할까?'라는 질문을 자주 고민합니다. 자신이 잘하는 일, 좋아하는 일, 사회적으로 필요한 일, 그리고 경제적으로 보상받는 일이 모두 잘 맞으면 가장 행복한 사람일 것이라고 생각해요.

연구라는 것들은 재미있고, 잘하려면 많은 노력이 필요합니다. 가장 중요한 것은 관심을 잃지 않고, 필요한 역량을 키우기 위해 노력하는 것인데, 이를 위해서는 호기심이 중요합니다. 그리고 약간의 결핍이나 불편함을 느끼는 경험도 오히려 연구에 큰 도움이 됩니다. 불편함을 느끼고, 이를 해결하기 위해 질문을 던지는 과정에서 연구 주제가 나오기도 하고, 예상과 다른 연구 결과가 나왔을 때 새로운 발견의 기회로 삼아야 합니다. 그리고 연구를 오래 하다 보면 자신의 연구뿐만 아니라 주변을 넓게 보는 시야가 필요합니다. 이를 위해 다양한 분야의 책을 읽고, 폭넓은 지식을 쌓는 것도 중요하다고 말씀드리고 싶습니다.

결국, 연구는 제가 행복하게 살아가는 방법의 하나이고, 의사로서 제가 하고 싶고 잘하는 일을 찾다 보니 이 자리까지 왔는데, 학생들도 자신이 좋아하는 일을 찾는 것이 중요하며, 만약 찾기 어려우면 잘하는 일을 먼저 시작하는 것이 좋습니다. 그러면 자연스럽게 좋아하게 될 가능성이 높습니다.

아이디어나 통찰력을 얻는 방법에 대해 말씀드리자면, 저는 항상 사물을 약간 삐딱한 시선으로 바라보려고 노력합니다. '이게 정말 맞는가?'라는 질문을 통해 모든 것을 의심하고, 당연하다고 여겨지는 것들을 다시 생각해 보는 것이 중요합니다. 이렇게 스스로 질문을 던지고, 사회 현상이나 논문을 분석하며 인과관계를 찾는 과정에서 새로운 아이디어가 생기면 연구의 원동력이 될 것 같습니다.

Q5. 교수님께서는 학자로서 그리고 의사로서 연구를 통해 이루고자 하는 최종 목표가 있으신 가요?

노벨상같이 큰 목표는 아니고, 제가 좋아하는 일을 좋은 환경에서 좋은 학생들과 주변 동료들과 같이 풀어나가고, 그랬을 때 아까 얘기한 대로 좋아하는 것을 잘하게 되고, 그것이 사회적으로 도움이 되고 있고, 그리고 그게 잘 먹고 잘살게 해주는 것들을 하는 것을 추구합니다. 이게 소소할 수도 있고 아주 원대할 수도 있는 것들인데, 그래서 노벨상을 타거나 사이언스, 네이처 페이퍼를 내는 그런 성과 자체를 목표로 삼지는 않습니다. 그래서 저는 학생들이 논문을 낼 때, 어떤 인사이트도 중요하지만, 일종의 행운도 필요하다고 생각을 합니다. 연구 결과가 거꾸로 나오거나 잘 안 나올 수도 있고, 어떨 때는 연구 결과가 굉장히 시기와 잘 맞아서 성과가 잘 나올 수도 있습니다. 학생들이 대학원 과정의 짧은 시간 동안 많은 역량을 쌓아야 하는 시기에 모든 순간이 행복할 수는 없겠지만, 학문을 통해 성취감을 느끼고 이를 통해 지속적으로 나아갈 수 있는 에너지를 얻는 것이 중요합니다.

Q6. 마지막으로 이 글을 보고 있을 학생들에게 한 말씀 부탁드립니다

학부생이든 대학원생이든, 자신이 하고자 하는 것이 명확한 경우도 있지만 대부분은 불확실할 것입니다. 미래에 대한 불안과 자신의 선택이 맞는지에 대한 고민도 있을 수 있습니다. 하지만 열심히 노력하고 성과를 낸다면 그 선택이 옳은 것이고, 반대로 태만하면 잘못된 선택이 되는 것입니다. 특히 우리 학과에서는 학생들이 최대한의 역량을 발휘할 수 있도록 다양한 리소스를 제공하고 있다고 생각합니다. 저는 학생들에게 이기적으로, 본인 중심적으로 일을 하라고 조언합니다. 사회에서는 양보가 중요하다고 하지만, 기본적으로는 자신의 이익을 추구하는 것이 중요합니다. 연구실에서도 최대한 뽑아 먹을 수 있을 만큼 뽑아먹고 지도 교수한테도 학생으로서 최대한 역량을 뽑아 먹고, 그러면 성과가 나오고 성장할 수 있습니다. 이러한 힘든 단련 기간 없이는 진정한 성취가 오래 지속되지 않습니다. 그렇지만 이러한 힘든 시기에도 소소한 즐거움을 찾는 것이 오래 지속하게 하는데 중요합니다.

그 다음에 나이가 들수록 건강이 제일 중요하다는 것을 느끼고 있는데요. 결국은 잘 먹고 잘 운동하고잘 자고, 몸을 챙기는 것이 무엇보다도 중요합니다. 우리 연구실 학생들은 발레, 킥복싱, 태권도, 테니스 같이 운동을 하나씩 하더라고요. 운동이 삶의 한 축이 될 수 있고, 거기에서 얻는 즐거움이나 에너지 그리고 체력 향상에도 도움이 되니까 좋은 것 같습니다. 대학원 과정은 단순한 즐거움만을 추구하는 것이 아니라 학문적 성장을 추구하는 공간입니다. 이 과정에서 학생들이 잘 성장하기를 바랍니다. 지도 교수나 다른 교수님들이 항상 필요한 도움을 줄 준비가 되어 있으며, 실험적이든 개인적이든 도움을 요청하는 것이 중요하다고 생각합니다. 학생들은 자신의 부족함을 인정하고, 필요한 도움을 구하는 용기를 가져야 합니다.

연구실은 하나의 목장과 같습니다. 책임은 지도 교수가 지고, 학생들이 자유롭게 배우고 경험을 쌓으며 성장할 수 있는 공간입니다. 학생들이 연구실에서 잘 배우고 나가, 독립된 연구자로서 성장해 나가기를 기대합니다.