‘적색 40Hz’가 알츠하이머를 바꿨다… KAIST, 빛 기반 전자약 새 표준 제시

국내 연구진이 약물 없이 빛 자극만으로 알츠하이머 병리와 기억력을 동시에 개선할 수 있는 최적의 색상이 ‘적색 40Hz’임을 확인했다. 

색상별 치료 효과를 동등 조건에서 비교한 연구결과가 제시된 것은 이번이 처음이다.

KAIST 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀과 한국뇌연구원(KBRI)은 24일 균일 조도를 구현한 OLED 기반 광자극 플랫폼을 구축해 청색·녹색·적색 빛의 효과를 비교한 결과 적색 40Hz가 병리 개선과 인지 기능에서 가장 높은 개선을 보였다고 밝혔다.

연구팀은 기존 LED가 가진 밝기 불균형, 열 발생, 동물 움직임에 따른 자극 편차 등 구조적 한계를 해결하기 위해 색상·밝기·깜박임·노출 시간을 정밀 제어할 수 있는 OLED 플랫폼을 개발했다.

초기 병기(3개월령) 알츠하이머 마우스 모델을 대상으로 하루 1시간씩 이틀 동안 자극을 적용한 결과, 적색과 백색 모두에서 장기기억 향상이 나타났으며 해마 내 아밀로이드베타(Aβ) 플라크가 감소했다. 

특히 적색에서는 염증성 사이토카인 IL-1β 감소가 두드러져 염증 완화 효과가 함께 확인됐다. 

연구팀은 플라크 감소량과 기억력 향상 간의 상관성이 높게 나타난 점을 근거로 병리 개선이 인지 개선으로 이어짐을 확인했다고 설명했다.

중기 병기(6개월령) 모델에서도 적색의 효과는 유지됐다. 2주간 동일 조건의 자극을 적용한 실험에서 적색과 백색 모두 기억력 향상이 있었지만, 플라크 감소는 적색에서만 통계적 유의성이 나타났다. 

분자 분석에서도 적색은 플라크 제거 효소 ADAM17 증가와 생성 효소 BACE1 감소라는 ‘이중 조절’ 효과를 보였고, 백색은 BACE1 감소만 관찰됐다.

연구진은 빛 자극 직후 활성화되는 신경 활동 표지 유전자 c-Fos를 이용해 뇌 회로 반응도 분석했다. 그 결과 시각피질에서 시상, 해마로 이어지는 시각-기억 경로가 전반적으로 활성화돼, 빛이 시각 경로를 통해 해마 기능에 영향을 준다는 근거가 확보됐다.

OLED 플랫폼은 동물의 움직임과 무관하게 일정 밝기를 유지해 실험 재현성을 높였으며, LED 대비 낮은 발열로 안전성도 확보됐다. 연구팀은 이 기술이 착용형 전자약 개발의 기반이 될 것으로 보고 있다.

최경철 교수는 “균일 조도의 OLED 기술은 LED의 구조적 한계를 극복해 재현성과 안전성을 확보했다”며 “RED OLED 기반 전자약이 새로운 알츠하이머 치료 방식으로 자리 잡을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 미국화학회(ACS) 학술지 ACS Biomaterials Science & Engineering 10월 25일 온라인판에 게재됐다. 연구는 과기정통부 한국연구재단, NIPA, 한국뇌연구원 기초연구 프로그램의 지원을 받아 수행됐다.