인터뷰 생체리듬 플랫폼 기업 ‘써카디언’ 대표 김대환 교수(국민대 전자공학부 )
현대인은 많은 빛 탓에 ‘생체리듬 교란’
‘항산화 효과’ 멜라토닌도 예외 없지만
기존 혈액·타액 측정방식, 불편·비효율
심박수 등으로 측정하는 새 방식 개발
‘시간 기반의 헬스케어 포털’로 진화 중
김대환 국민대 전자공학부 교수는 빛의 과잉시대에 빛을 제대로 조절하는 기술이 건강 회복의 열쇠가 될 수 있다고 지적했다. 최승식 기획위원
“공기청정기와 정수기는 이제 집집마다 필수 가전이 됐습니다. 먹는 물과 숨 쉬는 공기의 질은 그토록 꼼꼼히 챙기면서, 왜 우리는 호르몬과 건강을 좌우하는 ‘빛’은 그대로 방치하고 있을까요?”
21세기의 인간은 유례없는 ‘빛의 과잉’ 속에 산다. 밤늦도록 켜진 엘이디(LED) 조명과 스마트폰 화면은 뇌를 속여 밤을 낮처럼
인식하게
만들 수 있고
,
그 결과 생체리듬이
흐트러질 가능성이 매우 높다
.
이 같은 교란은 수면장애와 면역력 저하 , 만성질환과의
연관성이 매우 높은 것으로 보고되고 있다
.
이 무너진 리듬을 되찾겠다며 반도체 설계자의 정밀함으로 도전장을 내민 인물이 있다 . 국민대 전자공학부 교수이자 스타트업 써카디언 대표 , 김대환 교수다 .
반도체 설계 전문가, 인간의 리듬을 연구하다
김 교수는 서울대 전기
전자
공학부에서 학사·석사·박사 학위를 받은 뒤 2002년 삼성전자 메모리사업부 디램(DRAM)설계팀 책임연구원으로 합류했다. 세계 시장을 선도하는 메모리 반도체를 직접 설계하던 그는 2005년 국민대 전자공학부 교수로 자리를 옮겨
지능형반도체
&
디스플레이연구소
(ISDRI)를 이끌었다.
반도체 소자와 바이오센서를 연구하던 그의 시선이
생체리듬
으로 향한 것은 2015년이었다. 같은 학교 동료 교수로부터 서캐디언 리듬을 처음 접한 순간이었다. 서캐디언(circadian)은 라틴어 ‘circa’(키르카·약)와 ‘diem’(디엠·하루)의 합성어로, 약 24시간을 주기로 반복되는 생체리듬을 뜻한다. 수면과 각성, 체온, 호르몬 분비, 면역 반응까지 관장하는 이 리듬은 건강 전반과 깊이 맞물려 있었다.
김 교수는 관련 의학 논문 수백 편을 읽으며 그 중요성을 확인했다. 동시에 한 가지 공백도 발견했다. 건강과 직결되는 이 문제에 공학적 접근을 시도한 사례가 거의 없었다는 점이다. 연구는 대부분 의학과 생물학의 언어로 이뤄졌고, 측정과 제어의 관점은 상대적으로 비어 있었다. 김 교수에게 서캐디언 리듬은 결국 ‘정확히 측정하고 정밀하게 제어해야 할 시스템’이었다. 반도체 설계자가 평생 다뤄온 대상과 크게 다르지 않았다.
“의학과 생물학의 영역이었지만, 공학자의 눈으로 보니 결국 ‘측정’과 ‘제어’의 문제였습니다. 반도체 설계자가 해온 일이란 정확히 측정하고 오차를 줄이는 일 아닙니까. 그런데 이토록 중요한 호르몬을 편하게 측정할 방법이 세상에 없다는 사실이 저를 움직였습니다.”
그는 곧바로 연구 체계를 꾸렸다. 과학기술정보통신부 선도연구센터(ERC) 과제에 국민대 교수 8명이 참여하는 컨소시엄으로 도전해 총 200억원 규모의 연구비를 확보했다. 2016년 출범한 ‘국민대 일주기ICT연구센터’의 센터장을 맡아 학제 간 융합 연구를 이끌었고, 단계평가 S등급, 최종평가 A등급을 받았다. 7년간 발표한 과학기술인용색인(SCI)급 논문 310편, 특허 145건 출원/ 62건 등록은 그 연구 여정의 밀도를 보여준다. 당시 연구를 함께 한 핵심 인력 다수는 현재 써카디언에 합류해 기술 상용화를 이어가고 있다.
2018년 국민대 기술지주 1호 자회사로 출범한 써카디언은 이후 수차례 투자를 유치했고, 중소벤처기업부의 ‘민간투자주도형 기술창업지원 프로그램’(TIPS)을 포함해 총 6건의 정부 과제를 수주하며 약 13억원의 연구개발 자금도 확보했다.
‘어둠의 전령’ 멜라토닌, 몸의 시간을 지휘하다
멜라토닌의 리듬을 총괄하는 곳은 뇌 시상하부의 시교차상핵(SCN)이다. 눈을 통해 들어온 빛을 신호로 받아 지금이 낮인지 밤인지 판단하고, 멜라토닌과 코르티솔의 분비 시점을 정교하게 조율한다. 멜라토닌은 저녁 무렵부터 서서히 증가해 새벽 2~4시 정점을 찍고 해가 뜰 무렵 급격히 감소하며 몸을 각성 상태로 이끈다.
멜라토닌은 단순한 수면 호르몬이 아니다 . 강력한 항산화 작용으로도 주목받는다 .
연구에 따르면 멜라토닌은 비타민 대비 우수한 항산화 잠재력을 가진 것으로 알려져 있으며
,
세포 수준 연구에서 디엔에이(
DNA)
손상 억제 효과가 보고된 바 있다
.
면역 균형 조절 , 항염증 , 성호르몬과 포도당 대사에도 관여하며,
치매 등 신경퇴행성 질환과의 높은 관련성을 탐색하는 연구가 진행 중이다
.
그런데 이 호르몬은 30 살 이후
연령 증가에 따라 감소하는 경향이 보고됐다
.
나이가 들수록 잠이 줄고 회복이 더뎌지는 현상이 단지 노화의 결과만은 아닐 수 있다는 의미다 .
문제는 현대인이 밤에도 끊임없이 빛에 노출된다는 데 있다 . 멜라토닌이 부족할 수 밖에 없다 . 이를 바로잡으려면 단순히 조명을 어둡게 하는 수준을 넘어 , 빛의 질과 양을 설계해야 한다 . 해가 뜰 때와 질 때는 비슷한 밝기라도 파장이 다르고 , 인체는 바로 그 미세한 차이로 하루의 리듬을
읽어내기 때문이다
.
피 한 방울 없이 그려내는 24시간 호르몬 곡선
우선 주어진 과제는 멜라토닌 측정이었다. 기존 방식은 지나치게 침습적이었다. 병원에서는 팔에 주삿줄을 꽂은 채 밤새 혈액을 채취하거나, 일정 시간마다 타액을 반복 채취해야 했다. 게다가 이마저도 제대로 수행할 수 있는 병원이 국내에서 손꼽힐 정도였다.
그가 주목한 것은 심박수(HR)였다. 스마트워치만으로도 비교적 정확하게 측정할 수 있고 일상 속 연속 데이터 확보가 가능하다. 호르몬은 초 단위로 급변하는 신호가 아니라 5~10분 간격으로도 추적 가능한 느린 생체 신호다. 연구팀은 수년간의 임상을 통해
심박 리듬과 멜라토닌 리듬의 상관관계를 분석했고
,
유의미한 연관성을 정밀 분석했다
.
여기에 직접 개발한 광 파장 센서를 결합했다 . 빛은
멜라토닌 리듬에 영향을 미치는 주요 요인 중 하나로 알려져 있다
. 인공지능(
AI)
은
이 두 가지 데이터를 학습해 혈액 채취 없이 24 시간 멜라토닌 곡선을 실시간으로
추정하는 모델을 개발했다
.
기술의 가치는 결국 임상에서 입증된다 . 써카디언은 서울 강남 소재 대형
병원과
공동 임상을 진행했고 , 결과는 기대 이상이었다 . 빛을 통제하는 것만으로도
멜라토닌
분비량은
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