고려대학교 구로병원 신경과 김치경 교수 연구팀이 버려지는 커피박으로 만든 나노소재가 세포 내 활성산소를 줄이고 신경계 세포의 성장과 분화에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과를 확인했다.

이번 연구에는 고려대 구로병원 의생명연구센터 두현명 연구교수와 공주대학교 신소재공학과 최종섭 교수가 공동으로 참여했다.

연구팀은 커피박과 시금치를 각각 활용해 나노 크기의 ‘탄소점(Carbon Dots)’을 제작하고 특성을 비교했다. 탄소점은 탄소로 이뤄진 매우 작은 크기의 물질로 높은 생체적합성을 바탕으로 바이오·의료 분야 활용 가능성이 연구되고 있는 나노소재다.

비교 결과 커피박으로 만든 탄소점은 시금치 유래 탄소점보다 높은 항산화 효과를 나타냈다.

가장 높은 농도에서 커피박 유래 탄소점의 항산화 활성은 64.39%로 나타났다. 이는 동일 조건에서 대표적인 항산화 물질인 비타민C가 보인 69.15%에 근접한 수준이다.

인간 신경전구세포서 활성산소 감소·성상교세포 분화 증가
연구팀은 이어 다양한 종류의 신경계 세포로 성장할 수 있는 인간 신경전구세포에 커피박 유래 탄소점을 처리하고 세포에서 나타나는 변화를 관찰했다.

그 결과 세포 손상을 유발할 수 있는 활성산소가 감소했으며, 탄소점 농도가 증가할수록 신경전구세포가 성상교세포로 분화하는 경향도 증가했다.

성상교세포는 뇌와 척수에서 신경세포를 보호하고 주변 환경을 안정적으로 유지하는 데 중요한 역할을 하는 세포다.

이 같은 변화는 산화 스트레스가 발생한 환경에서도 확인됐다.

연구팀이 세포에 인위적으로 산화 스트레스를 유발한 뒤 커피박 유래 탄소점을 처리한 결과 성상교세포로의 분화가 다시 증가했으며, 신경독성과 염증 반응에 관련된 주요 유전자의 발현도 감소했다.

연구팀은 이를 통해 커피박 유래 탄소점이 활성산소를 감소시키는 것뿐 아니라 산화 스트레스로 인해 발생하는 염증 관련 반응을 낮추는 데도 영향을 미칠 가능성을 확인했다.

아울러 커피박 유래 탄소점이 세포의 성장과 분화에 관여하는 신호를 활성화하고 세포 보호에 관여하는 단백질의 발현을 증가시키는 과정도 확인했다.

재료공학·임상신경과학 연결…정밀재생 플랫폼 기반 융합연구
이번 연구는 고려대 구로병원의 정밀재생 플랫폼 지원을 기반으로 진행됐다.

플랫폼을 통해 고려대 구로병원 연구진과 공주대학교 신소재공학과 연구진이 연결되면서 기존에는 접점이 많지 않았던 재료공학과 임상신경과학 분야를 하나의 연구과제로 결합했다.

연구 초기 실험 설계에 대한 자문부터 실제 세포실험까지 플랫폼의 지원을 받아 진행됐다. 병원의 연구지원 체계가 학제 간 공동연구로 이어진 사례라는 설명이다.

김치경 고려대 구로병원 신경과 교수는 “매일 버려지는 커피박이 신경세포 보호에 활용할 수 있는 소재로 재사용될 가능성을 확인했다는 점에서 흥미로운 결과”라고 말했다.

이어 “특히 커피박으로 만든 탄소점이 세포 내 활성산소를 감소시키고 신경계 세포의 성장 과정에도 영향을 미친다는 것을 확인했다”며 “향후 신경재생 분야로 연구를 확대할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

두현명 고려대 구로병원 의생명연구센터 연구교수는 “단순한 폐기물로 여겨졌던 커피박의 의료·바이오 분야 활용 가능성을 찾았다는 점이 이번 연구의 의미”라며 “세포가 스트레스를 받는 환경에서도 염증 관련 반응을 낮추고 세포 보호에 도움이 되는 변화를 확인한 만큼, 앞으로 실제 활용 가능성을 확인하기 위한 후속 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.