KR102029038B1 - 코티졸 분비 조절용 생체 칩 및 코티졸 분비량 조절 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부신피질에 전기 자극을 가하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법에 관한 것이다.
인간은 다양한 유전적, 환경적 요인으로 인해 스트레스의 위험에 노출되어 있으며, 특히 만성 스트레스는 많은 질병의 원인이며 사회적, 경제적 문제와 밀접하게 연결되어 있다.
만성 스트레스는 스트레스 호르몬의 비정상적인 수치와 역가가 오랫동안 지속되는 것으로, 신체의 세포 및 장기 기능이 비정상화 되도록 한다. 이로 인하여 기억력 감소, 심근기능 약화, 면역력 감소, 노화 촉진, 심리적 불안, 우울증 등의 다양한 형태의 질병이 나타난다.
스트레스를 받으면 뇌하수체를 통해 최종적으로 부신피질에서 스트레스 호르몬인 코티졸이 분비되어 다양한 생리학적 영향을 주므로, 스트레스 조절에 있어서 부신피질과 스트레스 호르몬의 조절이 중심적인 역할을 한다. 특히 만성 스트레스에서는 비정상적인 스트레스 호르몬 레벨이 문제가 되기 때문에 이의 신속하고 정확한 조절이 필요하다.
이러한 만성 스트레스 및 스트레스 호르몬의 불균형의 위험성이 큼에도 불구하고 아직 스트레스를 직접적으로 완화할 수 있는 방법은 전무하다. 간접적인 방법으로는 명상, 식이요법, 운동, 심리 상담 등이 이루어지고 있으나 이는 즉각적인 스트레스 완화의 대응 방안이 될 수 없다.
본 발명은 코티졸 분비량 조절 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 코티졸 분비 조절용 생체 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 부신피질에 전기 자극을 가하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
2. 위 1에 있어서, 상기 코티졸의 분비량을 ±70% 범위 내에서 조절하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
3. 위 1에 있어서, 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 가하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
4. 위 1에 있어서, 5 Hz 이상의 전기 자극을 가하여 코티졸 분비량을 낮추거나; 0.2 Hz 이상 5 Hz 미만의 전기 자극을 가하여 코티졸 분비량을 높이는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
5. 위 3에 있어서, 상기 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 1 내지 20 mV의 세기로 가하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
6. 위 3에 있어서, 상기 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 30분 내지 5시간 동안 가하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
7. 위 1에 있어서, 상기 부신피질은 인체로부터 분리된 것인, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
8. 위 1에 있어서, 인간 이외의 동물의 코티졸 분비량을 조절하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
9. 부신피질의 코티졸 분비량을 측정하는 센싱부; 상기 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위를 벗어나면 자극부가 작동하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 전기 자극을 부신피질에 가하는 자극부;를 포함하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
10. 위 9에 있어서, 상기 센싱부에서 측정된 코티졸 분비량을 기준으로 자극부의 작동 전기 자극의 주파수를 연산하는 연산부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 연산부에서 연산된 주파수로 자극부가 작동하도록 제어하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
11. 위 9에 있어서, 상기 자극부는 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 가하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
12. 위 9에 있어서, 상기 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위의 상한 초과이면 상기 자극부는 5 Hz 이상의 전기 자극을 가하고; 상기 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위의 하한 미만이면 0.2 Hz 이상 5 Hz 미만의 전기 자극을 가하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
본 발명의 코티졸 분비량 조절 방법 및 코티졸 분비 조절용 생체 칩은 부신피질에 직접적으로 전기 자극을 가함으로써 코티졸 분비량을 즉각적으로 조절할 수 있고, 부신피질의 코티졸 분비량을 적정 범위로 유지시킬 수 있다.
또한 약물로 코티졸 분비량을 조절하는 종래의 방법과 달리 부작용을 최소화할 수 있다.
도 1은 코티졸 분비 확인 실험을 위한 부신피질 조직을 제작하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2은 부신피질 조직에 부신피질자극호르몬(ACTH, Adrenocorticotropic hormone)을 농도별, 시간별로 처리한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다.
도 3는 부신피질자극호르몬(ACTH) 처리한 부신피질에 각각 0.2 및 1 Hz의 전기 자극을 가한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다.
도 4은 부신피질자극호르몬(ACTH) 처리한 부신피질에 각각 5, 10 및 100 Hz의 전기 자극을 가한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다.
도 2은 부신피질 조직에 부신피질자극호르몬(ACTH, Adrenocorticotropic hormone)을 농도별, 시간별로 처리한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다.
도 3는 부신피질자극호르몬(ACTH) 처리한 부신피질에 각각 0.2 및 1 Hz의 전기 자극을 가한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다.
도 4은 부신피질자극호르몬(ACTH) 처리한 부신피질에 각각 5, 10 및 100 Hz의 전기 자극을 가한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 부신피질에 전기 자극을 가하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 "코티졸"은 콩팥의 부신피질에서 분비되는 당질 코르티코이드계 호르몬을 의미한다. 부신피질은 스트레스나 낮은 농도의 혈중 당질 코르티코이드에 반응하여 코티졸을 분비한다.
본 발명자들은 이러한 부신 피질에 전기 자극을 가함으로써, 부신피질의 코티졸 분비량을 조절할 수 있고, 전기 자극의 정도를 조절함으로써 이를 구체적으로 조절이 가능함을 발견한 것에 착안하여 본 발명을 고안하였다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전기 자극은 직류 또는 교류일 수 있다. 상기 직류는 평류(galvanic current) 또는 단속평류(interrupted galvanic current)일 수 있고, 상기 교류는 감응전류(faradic current current) 또는 정현파전류(sinusoidal current)일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전기 자극은 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극일 수 있다. 상기 범위 미만에서는 부신피질에 가해지는 전기 자극이 미미하여 코티졸 분비량 조절 효과가 나타나지 않을 수 있고, 상기 범위 초과에서는 전기 자극이 강하여 부신피질에 손상을 초래할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 1 내지 20 mV의 세기로 가할 수 있다. 바람직하게는 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 5 내지 15 mV의 세기로 가할 수 있다. 상기 범위 미만에서는 부신피질에 가해지는 전기 자극이 미미하여 코티졸 분비량 조절 효과가 나타나지 않을 수 있고, 상기 범위 초과에서는 전기 자극이 강하여 부신피질에 손상을 초래할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 30분 내지 5시간 동안 가할 수 있다. 바람직하게는 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 1시간 내지 3시간 동안 가할 수 있다. 상기 전기 자극 시간의 범위 미만에서는 부신피질에 가해지는 전기 자극 시간이 짧아 코티졸 분비량 조절 효과가 나타나지 않을 수 있고, 상기 범위 초과에서는 전기 자극이 지속적으로 이루어져 부신피질에 손상을 초래할 수 있고 또는 달성하고자 하는 코티졸 분비량의 범위를 벗어날 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 전기 자극의 정도를 조절함으로써 부신피질의 코티졸 분비량을 조절할 수 있다. 예를 들면 전기 자극의 주파수를 조절함으로써 코티졸 분비량을 조절할 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 5 Hz 이상의 전기 자극을 가하여 코티졸 분비량을 낮출 수 있고, 0.2 Hz 이상 5 Hz 미만의 전기 자극을 가하여 코티졸 분비량을 높일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 코티졸 분비량 조절 방법은 부신피질의 코티졸 분비량을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이에 의해, 측정된 코티졸 분비량이 과도하게 적으면 전기 자극의 정도를 조절하여 코티졸 분비량을 늘릴 수 있고, 반대의 경우도 가능하다.
코티졸 분비량의 조절은 예를 들면 측정된 코티졸 분비량이 기결정된 범위 내에서 유지되도록 수행될 수 있는 것으로, 기결정된 범위의 하한 미만이면 코티졸 분비량을 늘릴 수 있고, 기결정된 범위의 상한 초과이면 코티졸 분비량을 줄일 수 있다.
상기 기결정된 범위는 대상의 코티졸 분비 민감도, 건강 상태, 환경 등 다양한 요인에 의해 달라질 수 있는 것으로서, 예를 들면 통상의 수치에서 ±70% 범위일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 통상의 수치는 인위적인 코티졸 분비 조절 또는 특별한 스트레스 상황이 아닌 상태의 코티졸 분비량을 의미하는 것으로, 이는 자고 일어났을 때, 자기 전, 하루 분비량의 평균, 한달 분비량의 평균 등 다양한 수치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 통상의 수치보다 많은 코티졸이 분비될 경우, 만성 및 급성 스트레스가 나타날 수 있고 스트레스로 인한 육체적 또는 정신적 질환이 나타날 수 있다. 또한 상기 통상의 수치보다 코티졸이 적게 분비될 경우, 당신생성 작용이 저하되어 에너지 대사가 원활하게 이루어지지 않거나 면역 기능 저하, 알러지 반응 또는 염증 등이 나타날 수 있다.
이에, 본 발명의 코티졸 분비량 조절 방법은 코티졸의 분비량을 ±70% 범위 내에서 조절할 수 있다. ±70% 범위를 초과하여 코티졸의 분비량을 조절할 경우, 코티졸의 분비량이 통상의 수치를 벗어날 수 있어 코티졸의 분비량 조절 효과를 얻을 수 없고 코티졸의 지나치게 높은 수치 또는 낮은 수치로 인한 부작용이 나타날 수 있다. 바람직하게는 코티졸의 분비량을 ±60% 범위 내에서 조절할 수 있고, 더 바람직하게는 ±50% 범위 내에서 조절할 수 있다. 코티졸 분비량을 달성하고자 하는 통상의 수치 범위 내로 조절할 수 있는 한, 전기 자극 전후의 코티졸 분비량의 차이가 크지 않도록 조절하여 부신피질에 가해지는 피로를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 부신피질은 동물로부터 분리된 것일 수 있다. 상기 동물은 개, 소, 말, 토끼, 마우스, 랫트, 닭 또는 인간을 포함하는 포유류 전체를 의미하나, 상기 예에 의해 본 발명의 포유류가 한정된 것은 아니다. 보다 구체적으로는 인체로부터 분리된 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 인간 이외의 동물의 코티졸 분비량을 조절할 수 있다. 상기 동물은 개, 소, 말, 토끼, 마우스, 랫트, 닭 또는 인간을 포함하는 포유류 전체를 의미하나, 상기 예에 의해 본 발명의 포유류가 한정된 것은 아니다.
또한, 본 발명은 코티졸 분비 조절용 생체 칩을 제공한다.
본 발명의 코티졸 분비 조절용 생체 칩은 부신피질의 코티졸 분비량을 측정하는 센싱부; 상기 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위를 벗어나면 자극부가 작동하도록 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 전기 자극을 부신피질에 가하는 자극부;를 포함한다.
센싱부는 부신피질의 코티졸 분비량을 측정한다. 구체적으로, 센싱부는 코티졸을 감지하는 센싱유닛 및 감지된 코티졸 분비량을 측정하는 측정유닛을 포함할 수 있다.
제어부는 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위를 벗어나면 자극부가 작동하도록 제어한다. 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위를 벗어나면 자극부가 작동하도록 제어부에서 작동 지시를 보낼 수 있고, 기결정된 범위 내에 있으면 자극부가 작동하지 않도록 제어부에서 작동 지시를 보내지 않을 수 있다.
자극부는 전기 자극을 출력할 수 있는 전극을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 자극부는 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 가할 수 있다.
본 발명의 코티졸 분비 조절용 생체 칩은 연산부를 더 포함할 수 있다.
연산부는 센싱부에서 측정된 코티졸 분비량을 기준으로 자극부의 작동 전기 자극의 주파수를 연산한다. 구체적으로, 연산부는 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위를 벗어나면 연산이 이루어질 수 있다. 연산부는 자극부의 작동 주파수 외에 전류 세기, 전압 세기 및 작동 시간 등을 연산할 수 있다.
제어부는 연산부에서 연산된 주파수로 자극부가 작동하도록 제어할 수 있다. 또한 연산된 주파수 이외에 연산된 전류 세기, 전압 세기 및 작동 시간 등으로 자극부가 작동하도록 제어할 수 있다.
자극부가 작동하도록 제어부에서 작동 지시를 보낼 경우, 제어부로 작동 지시를 보내기 이전에 연산부에서 작동 전기 자극의 주파수를 연산할 수 있다. 연산부에서 작동 주파수의 연산이 완료된 후 제어부는 연산 결과대로 자극부가 작동하도록 제어할 수 있다.
연산부에서 작동 전기 자극의 주파수 이외에 전류 세기, 전압 세기 및 작동 시간 등을 연산할 수 있고, 연산부에서 전류 세기, 전압 세기 및 작동 시간 등의 연산이 완료된 후 제어부는 연산 결과대로 자극부가 작동하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 코티졸 분비 조절용 생체 칩은 센싱부에서 측정된 코티졸 분비량을 기준으로 자극부의 작동 전기 자극의 주파수를 조절할 수 있다. 구체적으로, 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위의 상한 초과이면 상기 자극부는 0.5 Hz 이상의 전기 자극을 가하고, 상기 센싱부에서 측정된 분비량이 기결정된 범위의 하한 미만이면 0.2 Hz 이상 0.5 Hz 미만의 전기 자극을 가할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
실시예 1. 부신피질 조직 제작
8주된 수컷 SD rat를 케타민 주사로 마취시킨 후 복강을 열어 부신을 떼어 cold-DPBS(Dulbecco's Phosphate-buffer saline)에 놓는다. 클린 벤치에서 혈액과 지방 제거 후 microtome을 이용해 500 μm 사이즈로 슬라이스한다. 클린 벤치 안에서 cold-DPBS로 두 번 세척한 후 F12K 배지 옮겨 5% CO2, 37℃ 인큐베이터에 배양한다. 도 1은 실시예 1의 과정을 나타낸 것이다.
실시예 2. 부신피질 조직의 스트레스 호르몬 분비 확인
실시예 1에서 제작된 부신피질 조직에 스트레스 호르몬인 부신피질자극호르몬(ACTH, Adrenocorticotropic hormone)을 0, 10, 50 및 100 nM 농도로 처리하였다. 각 처리 농도별로 ACTH 처리 시간을 10분, 30분, 1시간 또는 2시간으로 하였다.
도 2은 부신피질 조직에 부신피질자극호르몬(ACTH, Adrenocorticotropic hormone)을 농도별, 시간별로 처리한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다. 50, 100 nM로 처리하였을 때와 10 nM로 처리하였을 때의 코티졸의 농도 차이가 크게 없어 10 nM을 역치 값인 것으로 판단하였다. 부신피질에 ACTH를 처리하면 10 nM, 2시간 째에 코티졸이 최대로 분비된다.
실시예 3. 전기 자극 시 부신피질의 스트레스 호르몬 분비량 변화 확인
실시예 1에서 제작된 부신피질 조직에 부신피질자극호르몬 ACTH를 10 nM 농도로 2시간 동안 처리하였다. 부신피질에 ACTH를 2시간 동안 처리하는 동안 각 부신피질에 10 mV의 전압으로 100 msec의 전기자극을 0.2, 1, 5, 10 및 100 Hz의 간격으로 전기 자극을 가하였다.
도 3은 부신피질자극호르몬(ACTH) 처리한 부신피질에 각각 0.2 및 1 Hz의 전기 자극을 가한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다. 도 3를 참조하면, 10 nM의 ACTH를 2시간 동안 처리한 부신피질에 0.2 및 1 Hz의 전기 자극을 2시간동안 가하여 각각 34.5%, 49.9%만큼 코티졸의 분비량이 높였다.
도 4은 부신피질자극호르몬(ACTH) 처리한 부신피질에 각각 5, 10 및 100 Hz의 전기 자극을 가한 후의 코티졸 분비량을 나타낸 것이다. 도 4을 참조하면, 10 nM의 ACTH를 2시간 동안 처리한 부신피질에 5, 10 및 100 Hz의 전기 자극을 2시간동안 가하여 각각 66.0%, 17.2%, 29.3%만큼 코티졸의 분비량을 줄였다.
부신피질에 가하는 전기 자극의 주파수에 따라 코티졸의 분비량이 ±70% 범위 내에서 조절됨을 확인할 수 있다.
Claims (6)
- 코티졸을 감지하는 센싱유닛 및 감지된 코티졸 분비량을 측정하는 측정유닛을 포함하는 센싱부;
상기 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위를 벗어나면 자극부가 작동하도록 제어하는 제어부; 및
상기 제어부의 제어에 따라 전기 자극을 부신피질에 가하는 자극부;를 포함하고,
상기 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위의 상한 초과이면 상기 자극부는 5 Hz 이상의 전기 자극을 가하고;
상기 센싱부에서 측정된 코티졸의 분비량이 기결정된 범위의 하한 미만이면 0.2 Hz 이상 5 Hz 미만의 전기 자극을 가하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
- 청구항 1에 있어서,
상기 센싱부에서 측정된 코티졸 분비량을 기준으로 자극부의 작동 전기 자극의 주파수를 연산하는 연산부를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 연산부에서 연산된 주파수로 자극부가 작동하도록 제어하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
- 청구항 1에 있어서,
상기 자극부는 0.2 내지 200 Hz의 전기 자극을 30분 내지 5시간 동안 가하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
- 청구항 1에 있어서, 상기 코티졸의 분비량을 ±70% 범위 내에서 조절하는, 코티졸 분비 조절용 생체 칩.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 코티졸 분비 조절용 생체 칩으로 인간을 제외한 동물의 부신피질에 전기 자극을 가하는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
- 개체로부터 분리된 부신을 둘베코 인산 완충 식염수(DPBS)에 넣고 혈액 및 지방 제거 후 슬라이스하여 절편을 얻는 단계; 및 상기 절편을 세척한 후 배양하는 단계;를 포함하여 얻어진 부신 시료의 코티졸 분비량을 측정하고,
상기 측정된 코티졸 분비량이 기결정된 범위를 벗어나면, 부신피질에 5 Hz 이상의 전기 자극을 가하여 코티졸 분비량을 낮추거나; 0.2 Hz 이상 5 Hz 미만의 전기 자극을 가하여 코티졸 분비량을 높여, 코티졸 분비량을 기결정된 범위 내에서 유지시키는, 부신피질의 코티졸 분비량 조절 방법.
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|---|---|---|---|---|
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