Laboratory of Translational Neuroscience
의생명공학과 김태
Laboratory of Translational Neuroscience(의생명공학과 김태 교수 연구실)은 수면-각성 조절, 신경정신질환, 신경조절 기술, 뇌-장 축, 비타민 D 및 마이크로바이옴 등 다양한 융합적 주제를 다루는 선도적 연구실입니다. 본 연구실은 신경과학, 정신의학, 생명공학, 임상연구를 아우르며, 기초와 임상을 연결하는 중개연구(translational research)에 중점을 두고 있습니다.
연구실의 핵심 연구 분야는 수면-각성 조절 메커니즘과 이의 이상이 불러오는 신경정신질환(불면증, 기면증, 우울증, 조현병, 알츠하이머병 등)의 병태생리 규명입니다. 동물모델, 임상데이터, 뇌파분석, 분자생물학적 기법을 활용하여 수면장애의 원인, 임상적 특성, 인지기능 저하, 신경퇴행성 질환과의 연관성을 다각적으로 분석하고 있습니다. 또한, 수면장애와 정신질환의 상호작용, 수면장애의 조기진단 및 맞춤형 치료법 개발에도 힘쓰고 있습니다.
광유전학, 경두개 자극, 초음파 자극 등 첨단 신경조절 기술을 활용하여 뇌 신경회로의 기능을 정밀하게 조절하고, 이를 통해 알츠하이머병, 자폐스펙트럼장애, 만성통증 등 다양한 신경정신질환의 치료법을 개발하고 있습니다. 무선 광유전학 시스템, 웨어러블 광원, 디지털 치료제 등 혁신적 플랫폼을 개발하여 실제 임상 적용 가능성을 높이고 있습니다.
비타민 D와 장내 마이크로바이옴, 신경면역 및 대사체계가 뇌 건강과 신경정신질환에 미치는 영향을 통합적으로 연구하고 있습니다. 비타민 D 결핍이 수면장애, 인지기능 저하, 신경퇴행성 질환에 미치는 영향, 장-뇌 축을 통한 미생물 대사산물의 신경보호 효과, 신경염증 조절 등 다양한 융합 연구를 수행하고 있습니다. 이를 바탕으로 새로운 바이오마커와 치료 표적을 발굴하고, 웨어러블 광원 등 디지털 헬스케어 솔루션을 개발하고 있습니다.
연구실은 국내외 다양한 연구기관, 병원, 기업과 협력하여 대규모 임상연구, 빅데이터 분석, 전임상-임상 연계 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 이러한 융합적이고 혁신적인 연구를 통해 신경정신질환의 예방, 조기진단, 맞춤형 치료에 새로운 패러다임을 제시하며, 환자의 삶의 질 향상과 사회적 건강 증진에 기여하고 있습니다.
Microbiome
Transcranial Stimulation
Sleep Optimization
수면-각성 조절 및 신경정신질환 연구
본 연구실은 수면-각성 조절 메커니즘과 이와 연관된 신경정신질환의 병태생리를 심도 있게 연구하고 있습니다. 수면과 각성은 뇌의 다양한 신경회로와 신경전달물질에 의해 정밀하게 조절되며, 이 과정의 이상은 불면증, 기면증, 수면무호흡증, 우울증, 조현병 등 다양한 신경정신질환과 밀접한 관련이 있습니다. 연구실에서는 동물모델과 임상 데이터를 활용하여 수면장애의 원인과 임상적 특성을 분석하고, 수면장애가 인지기능 저하, 기분장애, 신경퇴행성 질환 등과 어떻게 연결되는지 규명하고 있습니다.
특히, 고령층을 대상으로 한 수면장애의 유병률 및 임상적 특성, 수면장애와 치매, 알츠하이머병, 파킨슨병 등 신경퇴행성 질환과의 연관성, 그리고 수면장애가 정신질환의 발병 및 경과에 미치는 영향을 다각적으로 분석합니다. 또한, 수면-각성 조절에 관여하는 신경회로의 분자생물학적, 전기생리학적 특성을 규명하고, 이를 바탕으로 새로운 치료 표적을 제시하고 있습니다.
이러한 연구는 수면장애의 조기 진단, 예후 예측, 맞춤형 치료법 개발에 중요한 기초 자료를 제공하며, 궁극적으로는 환자의 삶의 질 향상과 신경정신질환의 예방 및 치료에 기여하고 있습니다.
광유전학 및 신경조절 기술의 신경정신질환 적용
연구실은 광유전학(optogenetics)과 같은 첨단 신경조절 기술을 활용하여 뇌 신경회로의 기능을 정밀하게 조작하고, 이를 통해 신경정신질환의 원인 규명과 치료법 개발에 앞장서고 있습니다. 광유전학은 특정 신경세포에 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜, 빛 자극을 통해 신경세포의 활성화를 조절할 수 있는 혁신적인 기술입니다. 이를 통해 뇌의 특정 회로가 수면, 각성, 기억, 감정, 통증 등 다양한 행동과 증상에 어떻게 관여하는지 실시간으로 분석할 수 있습니다.
특히, 연구실은 알츠하이머병, 자폐스펙트럼장애, 조현병, 우울증 등 다양한 신경정신질환 동물모델에서 광유전학적 자극을 적용하여, 병적 뇌파(감마파 등) 조절, 인지기능 개선, 수면장애 완화, 행동 증상 변화 등을 체계적으로 연구하고 있습니다. 또한, 무선 광유전학 시스템, 웨어러블 광원, 경두개 광자극, 초음파 자극 등 다양한 신경조절 플랫폼을 개발하여, 비침습적이고 환자 친화적인 치료법으로의 확장을 모색하고 있습니다.
이러한 연구는 신경정신질환의 병태생리 이해를 넘어, 실제 임상에서 적용 가능한 디지털 치료제, 전자 신약, 맞춤형 자극 치료법 개발로 이어지고 있습니다. 궁극적으로는 뇌질환 환자의 증상 개선과 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대됩니다.
비타민 D, 마이크로바이옴, 신경면역 및 대사와 뇌 건강의 상호작용
본 연구실은 비타민 D, 장내 마이크로바이옴, 신경면역 및 대사체계가 뇌 건강과 신경정신질환에 미치는 영향을 통합적으로 연구하고 있습니다. 최근 비타민 D 결핍이 수면장애, 인지기능 저하, 알츠하이머병, 조현병 등 다양한 뇌질환과 연관된다는 연구 결과가 증가하고 있습니다. 연구실에서는 동물모델과 임상연구를 통해 비타민 D 결핍이 뇌 신경세포, 신경회로, 뇌파, 행동에 미치는 영향을 분석하고, 비타민 D 보충이 신경퇴행성 질환의 진행을 억제하고 수면 및 인지기능을 개선하는 기전을 규명하고 있습니다.
또한, 장내 마이크로바이옴이 생성하는 대사산물(예: indole-3-lactic acid 등)이 뇌의 면역세포 활성, 아밀로이드 베타 축적, 신경염증, 인지기능에 미치는 영향을 다각적으로 연구합니다. 장-뇌 축(microbiota-gut-brain axis) 연구를 통해, 수면박탈, 비만, 만성통증 등 다양한 환경적 요인이 장내 미생물과 뇌 건강에 미치는 상호작용을 규명하고, 이를 바탕으로 새로운 치료 표적과 바이오마커를 발굴하고 있습니다.
이와 함께, 웨어러블 광원, 광생체조절, 비타민 D 합성 촉진 기술 등 혁신적 디지털 헬스케어 솔루션을 개발하여, 실제 임상 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 융합 연구는 뇌질환의 예방, 조기진단, 맞춤형 치료에 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.
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Prevalence and clinical characteristics of insomnia and its subtypes in the Korean elderly
Kim KW, Kang SH, Yoon IY, Lee SD, Ju G, Han JW, Kim TH, Lee CS, Kim T
Arch Gerontol Geriatr, 2017
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Brain Stimulation and Modulation for Autism Spectrum Disorder
Kim T, Ryu JE, Bahn GH
Hanyang Med Rev, 2016.02
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Symptom Severity of Restless Legs Syndrome Predicts Its Clinical Course
Lee CS*, Kim T*, Lee S, Yoon IY
Am J Med, 2016.04
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[24년 박사후국외연수_강지승] 다국가 의료 빅데이터를 활용한 오피오이드 남용에 따른 신경정신과적 부작용 이해 및 예측모델링
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알레르기 증상 개선을 위한 마이크로바이옴 활용 연구 및 지능형 내시경 시스템 개발
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알츠하이머 동물모델을 이용한 마이크로바이옴의 인지예비능 보호기능 규명 및 신경보호인자 도출 연구(3/3)