빨간불이 장수하게 합니다 : 바이오포토닉스
바이오포토닉스(Biophotonics)는 생물학과 광학 기술을 결합한 학문 분야로, 생물체 내에서 빛의 생성, 조작, 감지 및 상호작용을 연구합니다. 이 분야는 세포나 조직의 이미징, 분석 및 치료에 빛을 사용하는 기술을 포함하며, 의료, 생명 과학, 약학, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 응용됩니다.
최근 논문중에 적색광이 인체에 긍정적인 효과를 줄 수 있다는 재미있는 논문이 하나 있어서 소개합니다.
빨간불은 혈당 수치를 낮출 수 있습니다.
연구진은 670나노미터(nm)의 적색광이 세포 내 작은 발전소인 미토콘드리아 내에서 에너지 생성을 자극하여 포도당 소비를 증가시키는 것을 발견했습니다. 특히, 포도당 섭취 후 혈당 수치를 27.7% 감소시켰고, 최대 포도당 급증을 7.5% 감소시켰습니다.
이 연구는 건강한 개인을 대상으로 실시되었지만, 비침습적, 비약리학적 기술은 노화에 영향을 미치는 신체 내 혈당의 해로운 변동을 줄일 수 있으므로 식사 후 당뇨병 관리에 영향을 미칠 가능성이 있습니다.
이 연구는 또한 청색광에 장기간 노출되어 발생하는 잠재적인 혈당 조절 장애를 포함하여, 인간 건강에 대한 중요한 장기적 결과를 강조합니다.
LED 조명의 중요성과 LED가 빨간색이 거의 없이 스펙트럼의 파란색 끝 쪽으로 방출된다는 사실을 고려할 때 저자는 이것이 잠재적인 공중 보건 문제일 수 있다고 제안합니다.
미토콘드리아는 에너지가 풍부한 뉴클레오시드 아데노신 삼인산(ATP)을 생성하기 위해 산소와 포도당을 사용하여 중요한 세포 과정에 에너지를 제공합니다. 이전 연구에서는 약 650~900nm(가시광선부터 근적외선 범위까지) 사이의 장파장 빛이 미토콘드리아의 ATP 생성을 증가시켜 혈당을 낮추고 동물의 건강/수명도 향상시킬 수 있다는 사실을 입증했습니다.
저자인 City of Health & Psychological Sciences 대학의 신경생물학 수석 강사인 Michael Powner 박사와 UCL 안과학 연구소의 신경과학 교수인 Glen Jeffery 교수는 ATP 생산의 이러한 개선이 다음과 같은 신호 변화를 일으킬 수 있다고 말하며,이것은 몸 전체로 전달됩니다.
그들은 이것이 암 치료에서 원발 종양에 특정 방사선을 조사하면 신체의 다른 부위에 위치한 이차 종양이 줄어들 수 있는 현상인 전신 효과를 매개할 수도있다고 제안합니다.
마찬가지로, 이전 연구에서 670nm 빛을 생쥐의 등에 선택적으로 비추면 파킨슨병 모델과 당뇨병성 망막증 모델 모두에서 증상을 개선하는 ATP 개선 효과가 나타났습니다.
670nm 적색광이 혈당에 미치는 영향을 조사하기 위해 연구원들은 30명의 건강한 참가자를 모집한 후 두 그룹으로 무작위로 나누었습니다. 670nm 적색광 그룹 15명과 위약(빛 없음) 그룹 15명입니다. 그들은 알려진 대사 질환이 없었고 약물을 복용하지도 않았습니다. 그런 다음 참가자들에게 경구 포도당 내성 테스트를 실시하고 다음 2시간 동안 15분마다 혈당 수치를 기록하도록 하였습니다. 포도당을 마시기 45분 전에 적색광에 노출된 사람들은 2시간 동안 최고 혈당 수준이 감소하고 총 혈당도 감소한 것으로 나타났습니다.
연구의 주요 저자인 Dr Poner는 다음과 같이 말했습니다.
“빛이 미토콘드리아의 기능 방식에 영향을 미치고 이것이 세포 및 생리학적 수준에서 우리 몸에 영향을 미친다는 것은 분명합니다. 우리의 연구에 따르면 적색광에 15분 동안 한 번 노출되는 것 만으로, 우리는 식사 후 혈당 수치를 낮출수 있는 것으로 나타났습니다.
“이 논문에서는 건강한 개인에게만 이것이 수행되었지만, 향후 식사 후 신체에 잠재적으로 해로운 포도당 스파이크를 줄이는 데 도움이 될 수 있을것으로 생각됩니다. 또한 앞으로 당뇨병 관리에 영향을 미칠 가능성이 있습니다.”
제프리 교수는 이렇게 말했습니다.
“햇빛은 빨간색과 파란색 사이의 균형을 이루고 있지만, 지금 우리는 파란색이 지배적인 세상에 살고 있습니다. 눈에는 보이지 않지만 LED 조명은 파란색이 지배적이며 빨간색이 거의 없기 때문입니다. 이로 인해 미토콘드리아 기능과 ATP가 감소됩니다. 따라서 우리의 내부 환경은 적색에 굶주려 있습니다. 청색광에 장기간 노출되고 적색이 없으면 잠재적으로 독성을 유발할 수 있습니다. 청색광 자체는 생리학에 나쁜 영향을 미치고, 장기적으로 당뇨병을 유발하고 혈당을 교란시킬 수 있습니다.
“1990년 이전에는 우리 모두가 백열등을 사용했는데 이는 햇빛과 유사한 파란색과 빨간색의 균형을 유지했기 때문에 괜찮았지만, 인구 노령화와 LED 등으로의 빠른 전환은 건강에 잠재적으로 영향을 줄 수 있습니다. 하지만 햇빛 속에서 더 많은 시간을 보내면, 이런 단점을 보충 할 수 있습니다.”
이 연구는 Journal of Biophotonics 에 게재되었습니다 .
시티 대학교 런던, DOI: 10.1002/jbio.202300521
Issue: 바이오포토닉스 분야의 연구는 언제 어떻게 시작되었나요?
Clue: 바이오포토닉스 분야의 연구는 20세기 초반에 시작되었습니다. 초기에는 주로 빛을 이용한 생물학적 과정의 기초 연구에 초점을 맞췄으며, 광학 현미경과 같은 도구를 사용하여 생물학적 샘플을 관찰하는 데서 출발했습니다. 20세기 중반 이후, 레이저 기술의 발달과 함께 이 분야는 크게 성장하기 시작했으며, 광학적 방법을 이용한 생명 과학 연구가 활발히 이루어지게 되었습니다.
Issue: 바이오포토닉스 연구의 중요성은 무엇인가요?
Clue: 바이오포토닉스 연구의 중요성은 생명 과학과 의학 분야에서 광학 기술의 응용을 가능하게 하여, 생물학적 과정을 보다 명확하게 이해하고 질병을 보다 효과적으로 진단하고 치료할 수 있는 새로운 방법을 제공했다는 데 있습니다. 특히, 비침습적 이미징, 정밀한 조직 분석, 타겟 치료 등에 광학 기술을 활용함으로써, 의료 진단과 치료의 정확도와 효율성을 향상시켰습니다.
Issue: 현재 바이오포토닉스 연구에서는 어떤 새로운 기술이 사용되고 있나요?
Clue: 현재 바이오포토닉스 연구에서는 광학적 응집, 형광 이미징, 광음향 이미징, 광섬유 기술, 레이저 스캐닝, 초고해상도 현미경 기술 등 다양한 최신 광학 기술이 사용되고 있습니다. 이러한 기술들은 세포 내부의 단일 분자를 관찰하거나, 실시간으로 생체 내에서의 생물학적 과정을 이미징하는 데 사용되며, 질병의 조기 진단 및 치료법 개발에 다양한 역할을 하고 있습니다.
Issue: 바이오포토닉스 연구의 현재 진행 상황은 어떠한가요?
Clue: 암, 심혈관 질환, 신경계 질환 등 다양한 질병의 조기 진단 및 치료에 바이오포토닉스 기술이 적극적으로 활용되고 있으며, 개인 맞춤형 의료를 가능하게 하는 정밀 의학의 발전에도 기여하고 있습니다. 또한, 환경 모니터링과 식품 안전 분야에서도 바이오포토닉스 기술의 응용이 증가하고 있습니다.
Issue: 바이오포토닉스 연구가 의료 분야에 어떻게 기여하고 있나요?
Clue: 바이오포토닉스 연구는 의료 분야에 여러 방면으로 기여하고 있습니다. 비침습적인 이미징 기술을 통해 환자에게 더 적은 통증과 부담을 주면서도 정밀한 진단 정보를 제공할 수 있게 되었으며, 특정 질병의 조기 발견이 가능해졌습니다. 또한, 레이저를 이용한 치료법 개발, 광역학 치료, 광유전학 등의 연구를 통해 새로운 치료 전략을 개발하고 있으며, 이는 많은 질병의 치료 효율을 향상시키는 데 기여하고 있습니다.
Issue: 미래에 바이오포토닉스 분야에서 예상되는 새로운 응용 분야는 무엇이 있을까요?
Clue: 미래에 바이오포토닉스 분야에서 예상되는 새로운 응용 분야로는 웨어러블 헬스케어 기기 개발, 생체 호환성이 뛰어난 광학 센서를 이용한 실시간 건강 모니터링, 환경 모니터링을 위한 고감도 광학 센서 개발 등이 있습니다. 또한, 식품 안전을 위한 빠르고 정확한 병원균 감지 기술, 광유전학을 이용한 신경과학 연구의 진전 등도 기대됩니다. 이러한 새로운 응용 분야의 개발은 바이오포토닉스 기술이 우리 삶의 질을 향상시키는 데 기여할 것입니다.
바이오포토닉스 연구는 더욱 고도화된 이미징 기술 개발, 나노기술과의 결합, 그리고 인공지능을 이용한 데이터 분석 기술의 통합 등에 초점을 맞출 것으로 예상됩니다. 이를 통해 질병의 조기 진단과 치료가 더욱 정밀해지고, 개인 맞춤형 의료가 실현될 것으로 기대됩니다. 또한, 바이오포토닉스 기술의 환경과 식품 안전 분야로의 확장도 예상되며, 이는 사회의 다양한 문제 해결에 기여할 것으로 보입니다.
