독일 베를린 샤리테대학교(Charité – Universitätsmedizin Berlin) 연구팀은 최근 몇 개의 머리카락만으로 인체 내부 생체시계의 시간 상태를 읽을 수 있는 새로운 방법을 개발해 개인의 '크로노타입(chronotype)'을 결정하고, 생체리듬에 따라 의학을 실천하는 '일주기의학(circadian medicine)'의 길을 열었다.
연구자들은 대부분의 사람들이 일광 절약 시간제로 전환하거나 장거리 여행 후 시차증을 겪는 등 생체 시계가 교란될 때만 그 존재를 깨닫는다고 말합니다. 혼미하고 상태가 좋지 않은 느낌은 신체의 약 24시간 리듬이 외부 세계와 동기화되지 않은 결과입니다. 그러나 생물학적 시계는 단순히 수면에 영향을 미치는 것 이상입니다. 또한 호르몬 분비, 소화 기능, 체온 변화를 조절하고 심지어 체내의 신진대사와 약물의 효능까지 변화시킵니다. 특정 질병의 치료에서는 투여 시간의 차이가 효능에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.
"예를 들어, 연구에 따르면 특정 암 면역요법은 하루 중 다양한 시간대에 투여할 때 효능에 상당한 차이가 있는 것으로 나타났습니다." Charité의 마취 및 중환자 치료 의학부의 시간생물학 부문 책임자인 Achim Kramer 교수는 "대부분의 장기와 마찬가지로 면역 체계도 대략 24시간 리듬을 따르며 이 리듬은 개인마다 동일하지 않기 때문에 그럴 가능성이 높습니다."라고 지적했습니다. 최근 떠오르는 리듬의학에서는 이런 개인화된 시간정보를 진단과 치료에 접목시키려고 노력하고 있다.
현재 관련 분야의 주요 병목 현상은 개인의 생체 시계 시간을 간단한 방법으로 측정하는 방법입니다. 현재의 '최적 표준'은 소위 '암흑 호르몬' 멜라토닌의 분비 시점을 측정하기 위해 몇 시간 동안 저조도 조건에서 타액을 수집하는 것입니다. 이 과정은 실험실에서 완료되어야 하며 작업이 복잡하고 대규모로 추진하기가 어렵습니다.
Cramer 팀이 제안한 대안은 훨씬 간단합니다. 즉, 모낭 세포를 통해 생물학적 시계를 읽는 것입니다. 연구진은 소수의 모근 세포에서 분자 시계와 관련되거나 분자 시계에 의해 조절되는 17개 유전자의 발현 활성을 검출하고 알고리즘을 사용하여 이들 유전자의 전반적인 발현 패턴을 분석하여 피험자 자신의 24시간 리듬의 특정 "시점"을 계산했으며 완료하려면 단 한 번의 샘플링만 필요했습니다. 약 4,000명의 참가자를 대상으로 한 연구에서 모발 테스트 방법은 일주기 리듬을 평가하는 표준 실험실 방법만큼 정확했지만 수행하기가 훨씬 간단했습니다.
"모발 분석은 수행하기가 더 쉽기 때문에 이 접근법이 가장 가치 있는 부분입니다."라고 Kramer는 말했습니다. 연구팀은 대규모 샘플을 통해 이 솔루션을 검증했습니다. 4,000명 이상의 참가자가 집에서 모발 샘플을 수집하여 실험실로 보냈습니다. 이번 연구결과는 해당 방법이 국민들에게 널리 활용될 것으로 기대된다는 점을 입증했다.
또한 본 연구에서는 생체시계의 타이밍에 영향을 미치는 다양한 요인을 체계적으로 밝히고, 과거 설문조사에서 관찰된 패턴을 확인하기 위해 생물학적 데이터를 활용했다. 연구에 따르면 나이는 중요한 변수 중 하나입니다. 20대 중반의 사람들은 50세 이상의 사람들보다 평균적으로 약 1시간 늦게 잠이 듭니다. 성별 차이도 반영됩니다. 여성의 내부 시간은 남성보다 약간 빠르지만 그 차이는 약 6분에 불과하며 설문 데이터를 기반으로 한 이전 추정치보다 훨씬 작습니다. 그럼에도 불구하고 연구자들은 성호르몬이 생물학적 리듬을 조절한다는 다른 연구 결과가 나타났기 때문에 성별이 생체시계에 영향을 미친다고 믿고 있습니다.
전반적으로 개인의 일주 패턴은 여러 요인에 의해 형성됩니다. Cramer는 "유전적 소인, 연령, 성별 및 생활 방식이 모두 중요한 역할을 하기 때문에 사람들 간의 내부 시계 차이가 상당히 클 수 있습니다."라고 설명합니다. 게다가, 다소 예상치 못한 발견은 라이프스타일의 영향이 예상보다 크다는 것입니다. 데이터에 따르면 정규직을 가진 사람들의 내부 생체시계는 실업자보다 평균적으로 약 30분 정도 빠릅니다.
다음 단계로 연구팀은 이 모발 검출 기술을 표준화해 일상적인 실험실 프로젝트로 적용해 수면 상담이나 비정상적인 수면 패턴 평가 등 임상 상황에서 추진해 리듬 의학의 활용도를 높일 계획이다. 연구진은 또한 이 방법을 활용해 개인의 생체시계에 맞춰 치료 시간을 조정하는 것이 실제로 효능을 높이고 부작용을 줄일 수 있는지 테스트해 볼 수 있기를 바라고 있다. 이는 시간 요소를 전혀 고려하지 않는 치료 방법보다 더 유리한 점이다.
보고서에 따르면, 이 연구는 미국국립과학원회보(PNAS)에 게재되었으며, 논문 제목은 "HairTime: 단일 모발 샘플에서 일주기 단계를 추정하기 위한 비침습적 분석"입니다. 결과의 변화를 촉진하기 위해 Charité Medical School은 테스트를 판매하기 위해 신생 기업 BodyClock Technologies GmbH를 설립했습니다. Kramer 교수는 회사의 주주이자 특허 보유자 중 한 명입니다. 또한 회사는 본 연구에서 약 4,000개 샘플의 데이터 수집을 담당합니다. 연구 작업의 일부는 독일 연구 재단(DFG)이 자금을 지원하는 공동 연구 센터 "리듬 의학의 기초"(TRR 418)의 틀 내에서 완료되었습니다.