몸 속 깊은 곳 이동하는 적혈구…“모세혈관 따라간게 아니라 자발적 운동"

조선비즈
  • 김태환 기자
    입력 2019.04.24 12:00

    100년 동안 풀리지 않고 있는 모세혈관의 주기운동의 원리에 대한 새로운 가설이 나와 눈길을 끈다. 우리 몸 곳곳에 퍼져있는 모세혈관의 경로가 적혈구를 실어 나르는 것이 아니라 적혈구가 모세혈관을 따라 도는 일정한 자발적 움직임이 있다는 주장이다.

    모세혈관의 주기운동은 도로처럼 교차점과 선의 연결로 이뤄진 모세혈관을 타고 반복적으로 이동하는 적혈구의 움직임을 뜻한다. 덴마크 의사 아우구스트 크로그가 이를 처음 발견해 1920년 노벨생리의학상을 수상했으나 아직까지 그 원리는 이론적으로 설명되지 않았다.

    기초과학연구원(IBS)은 이 연구원 소속 첨단연성물질 연구단 연구진이 칩 위의 실험실로 불리우는 ‘랩온어칩’인 미세유체시스템을 사용해 모세혈관의 주기운동 원리를 설명하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

    아직까지 가설에 불과하지만 마이크로미터 크기 지름의 미세한 관을 여러 갈래로 설계해 네트워크를 형성하고 그 안에서 액체방울의 흐름을 조종한 미세유체 연구는 이번이 처음이다. 미세유체 시스템은 주로 화학 시료의 이동 연구에 쓰인다.

    가장 기본적인 미세유체 네트워크 실험도. a-b-c-d 순서대로 액체방울이 네트워크를 타고 경로를 번갈아 가는 일정한 주기 운동을 한다는 사실을 알 수 있다. /기초과학연구원 제공
    연구진은 이번 실험에서 두 갈래로 갈라지는 네트워크에 액체방울을 일정한 간격으로 흘려보내 주기운동을 관찰했다. 그 결과, 액체방울들은 완전히 대칭을 이룬 출발점의 두 갈래 경로에서 50대 50의 확률로 고르게 흩어졌다.

    처음 액체방울들이 생성돼 갈림길을 통과하고 첫 액체방울이 마지막 교차점에서 수렴할 때까지 다른 액체방울들의 분포는 균일했다. 그러나 일정시간이 흐르면 신기하게도 액체방울은 주기운동을 보이는 것으로 나타났다. 액체방울이 양쪽 경로를 번갈아가며 흐른 것이다.

    연구진이 각 구간에 들어간 액체방울 수를 확인한 결과, 구간별 액체방울 수 변화가 거의 똑같이 나왔다. 연구진은 이 같은 결과를 바탕으로 일정한 흐름이 있는 네트워크에도 주기운동이 발생하는 지 확인하고자 또 다른 실험을 진행했다.

    연구진은 두번째 실험에서 액체방울을 쌍으로 동시에 생성할 때와 순차적으로 흩어지게 했을때 양쪽 경로에서 나타나는 주기운동을 다시 비교했다. 출발점에서 동시에 균일하게 보내진 액체방울은 주기운동이 없는 반면, 하나씩 방울을 생성한 경우는 주기운동이 발생하는 것으로 나타났다.

    실제 좁은 간격으로 생성된 두 개의 액체방울은 언제나 서로 다른 경로를 택하기 마련이다. 먼저 가는 액체방울이 한 경로를 막기 때문에 다음 액체방울은 선택지가 없어 다른 경로로 갈 수 밖에 없다. 반대로 하나씩 순차적으로 액체방울 생성하면 같은 길을 계속 갈 것 같지만 실제는 경로를 번갈아 가는 것으로 확인됐다.

    이러한 관찰 결과에 따라 연구진은 네트워크 환경과 상관없이 자발적으로 액체방울의 주기운동이 생긴다는 결론을 냈다. 이 결과는 모세혈관의 원리를 밝히는 실마리인 셈이다. 이번 실험에 사용한 관은 모세혈관과 동일한 6~7마이크로미터로 적혈구가 이동하는 길과 같다.

    올게르 시불스키 연구위원은 "미세유체 네트워크는 모세혈관, 잎맥 등 생명체에서 중요한 역할을 한다"며 "여기에서 발생하는 주기운동을 이해하면 생명, 화학공학에 쓰이는 다방면 미세유체 시스템의 설계를 향상시킬 수 있다"고 설명했다.

    한편 이번 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 피직스(Nature Physis)’에 실렸다.

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