Chronic and acute stress monitoring by electrophysiological signals from adrenal gland

Sung Hyuk Sunwoo, Ju Seung Lee, SungJun Bae, Yiel Jae Shin, Chang Seong Kim, Soo Yeon Joo, Hong Sang Choi, Minah Suh, Soo Wan Kim, Young Jin Choi, and Tae-il Kim

PNAS published ahead of print January 7, 2019


PNAS




 

몸 안에 센서 넣어 스트레스 실시간 측정


성균관대·세종대 공동 연구

스트레스 호르몬 분비 확인


   스트레스를 실시간으로 살필 수 있는 체내 삽입형 센서 시스템이 등장했다.


한국연구재단은 성균관대 김태일·세종대 최영진 교수 공동 연구팀이 부신의 전기생리학적 신호를 검사해 스트레스 호르몬을 간접 측정하는 체내 삽입형 전자 소자를 만들었다고 8일 밝혔다.


스트레스 질환에 대한 코르티솔의 역할 ⓒ 한국연구재단 제공


현대 사회 만병의 근원이기도 한 스트레스는 뇌를 자극하는 주요 요소다.

스트레스를 받으면 뇌는 신경과 호르몬을 통해 반응하다.


특히 부신피질에 스트레스 호르몬이라고 불리는 코르티솔 분비를 명령한다.

코르티솔은 혈류를 따라 체내를 돌면서 전신에 장시간 영향을 준다.




만성적인 스트레스 때문에 코르티솔이 과도하게 나오면 각종 질환도 자연스럽게 따라온다.

코르티솔이 이렇게나 중요한 데도 분비 상황을 모니터링하는 기술에는 현재 한계가 있다.


연구팀 성과는 이 지점에 있다.

유연한 플라스틱으로 구성한 전자 소자를 통해 부신피질과 수질에서 코르티솔을 분비할 때 나오는 전기신호를 측정했기 때문이다.


삽입 가능한 실시간 스트레스 호르몬 분비 센서 ⓒ 한국연구재단 제공


김태일 교수와 최영진 교수 연구팀은 ‘내분비기관 세포에서 이온 흐름이 발생하면서 호르몬이 분비된다’는 것을 밝혔다.




이때 전기생리학적 신호가 발생한다는 것을 확인했다.



이를 바탕으로 연구팀은 반도체 공정을 통해 수 ㎛(마이크로미터) 두께의 유연한 전기생리 센서를 제작했다.

이를 살아있는 동물(쥐) 부신에 삽입해 전기생리학적 반응 신호를 기록하는 데 성공했다.


몸 안에 완전히 넣을 수 있을 만큼 생체 친화적이라는 뜻이다.


최영진 교수는 “의학적으로 환자 모니터링에 적용할 수 있을 것”이라며 “간단한 전기 자극을 통해 스트레스에 따른 질병을 예방하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.



연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래유망융합기술 파이오니어 사업 지원으로 수행했다.

국제학술지 ‘미국국립과학원회보’(PNAS) 7일 자에 논문이 실렸다.

연합뉴스 제공/사이언스타임스


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Significance

In this paper, we designed a flexible electrophysiological probe that could be implanted in the adrenal gland of a living animal. It allowed us to measure the electrophysiological signals of the adrenal gland in response to stress hormone release induced by acute stress. This report collects electrophysiological signals of the adrenal gland in vivo with chronic implantation.


Abstract

We present electrophysiological (EP) signals correlated with cellular cell activities in the adrenal cortex and medulla using an adrenal gland implantable flexible EP probe. With such a probe, we could observe the EP signals from the adrenal cortex and medulla in response to various stress stimuli, such as enhanced hormone activity with adrenocorticotropic hormone, a biomarker for chronic stress response, and an actual stress environment, like a forced swimming test. This technique could be useful to continuously monitor the elevation of cortisol level, a useful indicator of chronic stress that potentially causes various diseases.




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https://www.pnas.org/content/early/2019/01/02/1806392115

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