▲ (앞줄 시계방향으로) KRISS 권익환 선임연구원, 이태걸 책임연구원, 이상원 책임연구원이다수의 물벼룩 심박수 기반의 환경 독성 및 나노물질 독성 평가 시스템을 개발했다.

국내 연구진이 물벼룩 심박 기반 자동 분석 기술을 구현해 수생 환경 독성평가의 정밀도를 높이고, 향후 나노물질 평가를 넘어 심장 오가노이드 등 인체 유사 모델로의 확장 가능성을 제시했다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 물벼룩의 심장 박동을 자동으로 측정·분석하는 독성평가 시스템을 개발했다고 21일 밝혔다.

물벼룩은 사육이 용이하고 재현성이 높으며, 투명한 신체 구조로 장기 관찰이 가능해 수생 환경 독성평가에 널리 활용되는 생물이다. 그러나 기존 국제 표준 시험법인 ‘OECD 202’는 유영 저해 여부를 육안으로 판단하는 방식으로, 실험자에 따라 결과 편차가 발생하는 한계가 있었다. 

특히 정량적 지표로 주목받는 심박수는 초당 6~8회에 이르는 빠른 박동 특성상 정밀 측정이 어려웠다. KRISS 연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 물벼룩 심박수를 자동으로 측정·분석하는 시스템을 구현했다. 

면직물에 고정된 물벼룩의 심장 부위를 고속 이미징으로 촬영한 뒤, 반복되는 명암 변화 신호를 추출해 심박수를 자동 계산하는 방식이다. 측정 데이터는 실시간으로 산출되며, 후속 분석을 통해 독성 반응을 정량적으로 평가할 수 있다.

해당 시스템은 시간당 약 150마리 규모의 심박 데이터를 동시에 수집·분석할 수 있어 기존 소수 개체 평균값 중심 평가 방식 대비 데이터 신뢰도를 크게 높였다. 특히 개체별 반응 분포를 기반으로 분석함으로써 미세한 개체 간 차이는 물론, 기존 방법으로는 포착이 어려웠던 저농도·비치사성 독성까지 감지할 수 있는 것이 특징이다.

또한 장비 구조가 직관적이고 적용이 용이해 다양한 화학물질과 나노소재 독성평가에 활용 가능하며, 하천·호수 등 실제 수생 환경의 위해성 분석에도 확장 적용이 기대된다.

이번 연구는 KRISS와 KIST 유럽연구소의 공동연구로 수행됐다. KRISS가 시스템을 개발하고 KIST 유럽연구소에 설치했으며, 현지에서는 이를 활용해 나노물질 독성평가 실험과 데이터 검증을 진행했다.

권익환 KRISS 선임연구원은 “이번 기술은 수생 환경 독성평가의 정밀도를 높인 성과로, 향후 나노물질뿐 아니라 심장 오가노이드 등 인체 유사 모델에도 적용할 수 있도록 고도화할 계획”이라고 밝혔다. 

이태걸 책임연구원은 “해당 시스템은 유럽 연구과제에도 활용 중이며, 향후 국내 장비기업과의 기술이전을 통해 글로벌 심장독성 연구 분야로 확산을 추진할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 기반구축사업 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 환경 분야 국제학술지 Journal of Hazardous Materials에 게재됐다.