근육이 운동하면 신경 세포가 성장하는 데 도움이 됩니다.

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근육이 운동하면 신경 세포가 성장하는 데 도움이 됩니다.

연구 결과에 따르면 운동의 생화학적, 물리적 효과가 신경을 치유하는 데 도움이 될 수 있는 것으로 나타났습니다.

운동의 생화학적 및 물리적 신호에 반응하여 운동 뉴런(보라색)은 운동으로 유도된 신호를 경험하지 않는 뉴런보다 더 빠르게 새로운 성장(녹색)을 보입니다. (출처: Angel Bu / MIT News)

Jennifer Chu | MIT 뉴스 사무실

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운동이 몸에 좋다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 규칙적인 활동은 근육을 강화할 뿐만 아니라 뼈, 혈관, 면역 체계를 강화할 수 있습니다.

이제 MIT 엔지니어들은 운동이 개별 뉴런 수준에서도 이점을 가질 수 있다는 것을 발견했습니다. 그들은 운동 중에 근육이 수축하면 마이오카인이라는 생화학적 신호 수프를 방출한다는 것을 관찰했습니다. 이러한 근육 생성 신호가 있을 때 뉴런은 마이오카인에 노출되지 않은 뉴런에 비해 4배 더 멀리 성장했습니다. 이러한 세포 수준의 실험은 운동이 신경 성장에 상당한 생화학적 효과를 미칠 수 있음을 시사합니다.

놀랍게도 연구자들은 또한 뉴런이 운동의 생화학적 신호뿐만 아니라 그 물리적 충격에도 반응한다는 것을 발견했습니다. 연구팀은 뉴런이 반복적으로 앞뒤로 당겨질 때, 운동 중 근육이 수축하고 확장되는 방식과 유사하게, 뉴런이 근육의 마이오카인에 노출될 때만큼 성장한다는 것을 관찰했습니다.

이전 연구에서는 근육 활동과 신경 성장 사이에 잠재적인 생화학적 연관성이 지적되었지만, 이번 연구는 신체적 효과가 똑같이 중요할 수 있다는 것을 보여준 최초의 연구라고 연구자들은 말합니다.  오늘 Advanced Healthcare Materials 저널에 게재  된 결과는 운동 중 근육과 신경 사이의 연결에 대한 빛을 비추고, 손상되고 악화된 신경을 회복하기 위한 운동 관련 치료법에 정보를 제공할 수 있습니다.

"이제 이 근육-신경 교차가 존재한다는 것을 알았으므로 신경 손상과 같이 신경과 근육 간의 통신이 끊어진 것을 치료하는 데 유용할 수 있습니다." MIT의 기계 공학과 유진 벨 경력 개발 조교수인 리투 라만은 말합니다. "근육을 자극하면 신경이 치유되도록 촉진하고 외상성 손상이나 신경 퇴행성 질환으로 인해 운동성을 잃은 사람들에게 운동성을 회복시킬 수 있을 것입니다."

라만은 MIT 기계공학과의 앤젤 부, 페르도스 아프가, 니콜라스 카스트로, 마히라 바와, 소니카 콜리, 카리나 샤, 브랜든 리오스, 그리고 MIT 코흐 통합 암 연구소의 빈센트 버티가 포함된 새로운 연구의 수석 저자입니다.

근육 이야기

2023년, 라만과 그녀의 동료들은  외상성 근육 손상을 입은 쥐의 운동성을 회복할 수 있다고 보고했습니다  . 먼저 부상 부위에 근육 조직을 이식한 다음 빛으로 반복적으로 자극하여 새로운 조직을 운동시켰습니다. 시간이 지남에 따라 운동된 이식편이 쥐의 운동 기능을 회복하는 데 도움이 되어 건강한 쥐와 비슷한 활동 수준에 도달했습니다.

연구자들이 이식편 자체를 분석한 결과, 규칙적인 운동은 이식된 근육을 자극하여 신경과 혈관 성장을 촉진하는 것으로 알려진 특정 생화학적 신호를 생성하는 것으로 나타났습니다.

"신경이 근육을 제어한다고 항상 생각하지만, 근육이 신경에 반항한다고 생각하지 않기 때문에 흥미로웠습니다." 라만은 말합니다. "그래서 우리는 근육을 자극하는 것이 신경 성장을 촉진한다고 생각하기 시작했습니다. 그리고 사람들은 그럴 수도 있지만 동물에는 수백 가지의 다른 세포 유형이 있으며, 면역 체계나 다른 무언가가 역할을 하는 것이 아니라 근육 때문에 신경이 더 많이 자라고 있다는 것을 증명하는 것은 정말 어렵다고 대답했습니다."

새로운 연구에서, 연구팀은 근육과 신경 조직에만 초점을 맞추어 근육 운동이 신경 성장에 직접적인 영향을 미치는지 확인했습니다. 연구자들은 마우스 근육 세포를 긴 섬유로 키운 다음, 이를 융합하여 25센트 동전 크기의 성숙한 근육 조직으로 된 작은 시트를 형성했습니다.

이 팀은 근육을 유전적으로 변형하여 빛에 반응하여 수축하도록 했습니다. 이 변형을 통해 팀은 빛을 반복적으로 비추어 근육이 반응하여 수축하도록 만들 수 있었고, 이는 운동 행위를 모방한 방식이었습니다. 라만은 이전에 근육 조직을 성장시키고 운동할 수 있는 새로운  젤 매트를 개발했습니다  . 이 젤의 특성은 연구자들이 근육을 운동하도록 자극할 때 근육 조직을 지지하고 벗겨지는 것을 방지할 수 있습니다.

연구팀은 근육 조직이 운동한 주변 용액의 샘플을 수집한 뒤, 이 용액에 성장 인자, RNA 및 기타 단백질 혼합물을 포함한 마이오카인이 들어 있을 것이라고 생각했습니다.

"저는 마이오카인을 근육이 분비하는 것들의 생화학적 수프로 생각합니다. 그 중 일부는 신경에 ​​좋을 수 있고 다른 일부는 신경과 아무 관련이 없을 수 있습니다." 라만은 말합니다. "근육은 거의 항상 마이오카인을 분비하지만, 운동을 하면 더 많이 분비합니다."

“운동은 약이다”

연구팀은 미오카인 용액을 운동 뉴런(척수에서 발견되는 자발적 운동에 관여하는 근육을 제어하는 ​​신경)이 들어 있는 별도의 접시에 옮겼습니다. 연구자들은 쥐에서 유래한 줄기 세포에서 뉴런을 키웠습니다. 근육 조직과 마찬가지로 뉴런은 비슷한 젤 매트에서 키웠습니다. 뉴런이 미오카인 혼합물에 노출된 후, 연구팀은 생화학적 용액을 받지 않은 뉴런보다 4배 더 빠르게 성장하기 시작하는 것을 관찰했습니다.

MIT 과학자들은 운동과 관련된 생화학적 및 기계적 신호에 반응하여 5일 동안 운동 뉴런 성장이 상당히 증가했다는 것을 발견했습니다. 녹색 공은 긴 꼬리 또는 축삭으로 바깥쪽으로 자라는 뉴런 클러스터를 나타냅니다. (출처: Angel Bu)

라만은 "그것들은 훨씬 더 멀리, 더 빨리 자라며 그 효과는 매우 즉각적입니다."라고 말합니다.

운동으로 유발된 미오카인에 반응하여 신경 세포가 어떻게 변하는지 자세히 알아보기 위해 연구팀은 유전 분석을 실시하여 신경 세포에서 RNA를 추출하여 미오카인이 특정 신경 유전자의 발현에 어떤 변화를 유도하는지 확인했습니다.

"우리는 운동으로 자극된 뉴런에서 상향 조절된 많은 유전자가 뉴런 성장뿐만 아니라 뉴런 성숙, 근육 및 다른 신경과 얼마나 잘 통신하는지, 축삭이 얼마나 성숙한지와도 관련이 있다는 것을 보았습니다."라고 라만은 말합니다. "운동은 뉴런 성장뿐만 아니라 뉴런이 얼마나 성숙하고 잘 기능하는지에도 영향을 미치는 것 같습니다."

결과는 운동의 생화학적 효과가 뉴런 성장을 촉진할 수 있음을 시사합니다. 그런 다음 그룹은 궁금해했습니다. 운동의 순전히 신체적 영향도 비슷한 이점을 가질 수 있을까요?

"뉴런은 근육에 물리적으로 붙어 있기 때문에 근육과 함께 늘어나고 움직입니다." 라만은 말한다. "또한 근육의 생화학적 신호가 없더라도 기계적 힘(운동)을 모방하여 뉴런을 앞뒤로 늘릴 수 있는지 보고 싶었고, 그것이 성장에도 영향을 미칠 수 있을까요?"

이에 대한 답을 찾기 위해 연구자들은 작은 자석을 내장한 젤 매트에 다른 운동 뉴런 세트를 키웠습니다. 그런 다음 외부 자석을 사용하여 매트와 뉴런을 앞뒤로 흔들었습니다. 이런 식으로 그들은 하루에 30분씩 뉴런을 "운동"했습니다. 놀랍게도, 그들은 이 기계적 운동이 마이오카인으로 유도된 뉴런만큼 뉴런을 자극하여 아무런 운동도 받지 않은 뉴런보다 훨씬 더 멀리 성장한다는 것을 발견했습니다.

라만은 "그것은 운동의 생화학적 효과와 신체적 효과가 모두 똑같이 중요하다는 것을 알려주는 좋은 신호입니다."라고 말했습니다.

연구진은 근육 운동이 세포 수준에서 신경 성장을 촉진할 수 있다는 것을 보여준 만큼, 표적 근육 자극을 사용하여 손상된 신경을 성장시키고 치유하고 ALS와 같은 신경 퇴행성 질환을 앓고 있는 사람들의 운동성을 회복하는 방법을 연구할 계획입니다.

라만은 "이것은 운동을 의학으로 이해하고 통제하기 위한 첫 걸음일 뿐입니다."라고 말했습니다. 

MIT News 의 허가를 받아 재게시  .  원본 기사를 읽어보세요 .