동물모델에는 여러 가지가 있으나 ‘수동회피시험’(passive avoidance test)이 가장 보편적으로 활용되므로 본 항에서 예로 들어 설명하고자 한다.
이 방법은 쥐의 생리적 습관을 이용하는 방법이다. 즉, 밝은 방과 어두운 방으로 나눠져 있는 조그마한 상자에 쥐를 넣어 두면 쥐는 생리적으로 어두운 곳을 좋아 하므로 금방 어두운 방으로 들어갈 것이다.
그러나 암실 바닥은 전기가 흐르도록 설계되어 있어 쥐는 암실에 들어 가자마자 전기 쇼크에 노출되어 기겁을 하고 밝은 방으로 나오게 된다.
이때 만약 쥐의 기억력이 나쁘다고 하면 쥐는 자주 암실에 들어갈 것이다. 반면에 인삼이 기억력을 증진시키는 효과가 있다고 하면 인삼을 투여한 쥐는 감전되는 암실에는 자주 들어가지 않을 것이다.
기억력 조사 방법은 이 외에도 ‘step-down test’가 있다. 이 방법에서는 동그란 상자에 바닥이 전기가 통하도록 만들어 놓고 중간에 쥐가 올라 앉을 수 있는 전기가 통하지 않는 플랫폼(platform)을 설치해 둔다.
플랫폼에 앉아 있던 쥐는 좁은 공간에 갇히는 것이 지겨우므로 금방 바닥으로 내려설 것이다.
그러나 내려서는 순간 발바닥에 전기 쇼크가 와 기겁을 하고 전기가 통하지 않는 플랫폼으로 다시 올라가게 된다. 이 역시 기억력이 나쁜 쥐의 경우 더 자주 바닥으로 내려 갈 것이다.
세 번째 방법은 ‘모리스 수미로 시험’(Morris water maze test)으로 스코폴라민과 같은 약물을 투여하여 기억력을 손상시킨 동물에게 인삼을 투여함으로써 기억력 회생 정도를 조사하는 방법이다.
좀 더 상세히 설명하면 속이 훤히 들여다보이지 않는 뿌연 물 속에 플랫폼을 감추어 두고 하루에 4회, 5일 연속 교육시키면 쥐는 빠져 죽지 않기 위해 쉴 자리 즉, 플랫폼으로 찾아갈 것이다.
만약 스코폴라민과 같은 기억력에 손상을 주는 독성물질 처리로 인하여 손상된 기억력이 회복되지 않은 쥐는 플랫폼이 없는 자리 특히 가장자리를 계속하여 맴돌 것이며 인삼과 같은 뇌기능 보호물질을 투여하여 기억력이 회복된 쥐는 짧은 시간에 쉴 곳 즉, 플랫폼을 찾아 갈 것이다.
또 다른 방법으로는 노령 쥐를 이용하는 방법으로써 초기에 며칠간 속이 훤히 들여다보이는 물속에 플랫폼을 넣고 늙은 쥐를 수일간 훈련시킨다.
며칠 후 플랫폼은 제거하고 물은 우유와 같이 속이 들여다보이지 않는 액체로 바꾸어 준 다음 탱크 속에 쥐를 빠뜨리면 기억력을 증진시키는 약물을 투여 받은 쥐는 원래 플랫폼이 있던 자리를 계109속하여 맴돌게 되나 기억력이 나쁜 쥐의 경우는 역시 도망가려고 가장자리를 계속하여 맴돌게 된다.
이와 같은 쥐의 행동을 등에 감지장치를 묶어 두고 모니터와 컴퓨터를 연결하여 기록해 보면 쥐가 수영하며 돌아다닌 궤적이 그림으로 나타나므로 기록된 궤적을 가지고 특정 약물의 기억력에 개선 효과를 조사할 수 있게 된다.
다음은 동물을 이용하여 뇌 신경세포 보호 작용을 측정하는 방법에 대해 설명하고자 한다.
수술을 통하여 뇌의 경동맥(cerebral carotid artery)을 나출시킨 다음 일시적으로 결찰하면 뇌로의 혈액 공급이 줄어들게 되어 뇌는 저산소증(hypoxia)에 노출됨과 동시에 뇌 손상을 입게 된다.
혈관이 좁아져 혈액순환이 급격히 감소하여 발생하는 뇌경색 역시 이와 같은 기전에 의하여 발생하는 것으로 만약 고지혈증 혹은 동맥경화, 뇌혈전 등과 같은 질병이 원인이 되어 뇌혈관이 상당부분 막히게 되면 뇌경색을 일으키게 되며 혈액을 통하여 산소를 공급받지 못한 부위는 치명적인 손상을 받게 된다.
동물실험에서는 적출한 뇌를 염색하여 히포캠퍼스 부위를 H&E로 염색, 관찰함으로써 뇌경색 방어 효과를 가늠한다.
뇌경색의 경우 응급으로 대처하지 않으면 혈액을 공급받지 못한 부위는 심하게 손상 받아 생명을 건진다 하더라도 반신불수, 기억 상실, 언어 장애 등 심각한 후유증을 겪게 되는 것이 일반적이다.
이러한 뇌신경세포 사멸은 과산화산소 혹은 활성산소에 의한 것으로 알려져 있다. 그러나 뇌신경 보호 작용을 가진 약물을 모두 동물실험을 통하여 탐색한다면 엄청난 연구비와 노력이 투입되어야 할 것이다.
따라서 과학자들은 보다 간편하고 연구비가 적게 소요되는 시험관 내(in vitro) 시험법을 개발하여 이용하기도 있다. 즉, 뇌신경세포에 과산화수소와 생약재를 함께 처리함으로써 세포의 손상 정도를 측정하는 방법이다.
최근 미국에서는 머리를 좋게 하는 의약품을 개발하려는 연구를 활발히 수행하고 있다. 이 프로젝트는 H+라는 심볼로 수행되고 있으며 줄기세포, 로봇 및 인지능 개선제가 이 프로젝트에 속한다.
뇌기능을 개선하려면 집중력, 기억력 및 계획력이 좋아져야만 한다. 이러한 의약품은 영리한 약물(smart drug), 신경 증진체(neuroenhancer), 신경영양제(neurotropics) 혹은 뇌의 비아그라(Vigra for the brain)라고 부르고 있다.
실제로 시중에서 뇌기능 개선제로 시판되고 있는 약물이 몇 가지 있기는 하나 이들 약물은 합성의약품으로 심혈관질환을 악화시키거나 중독성이 있어 나름대로의 문제점을 가지고 있다.
김시관
건국대학교 의료생명대학 생명과학부
환경미디어 편집위원
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