과학자들 마취의 미스터리를 풀다

 

Scientists unravel the mystery of anesthesia

 

Scripps Research 과학자들은 마취제가 어떻게 세포막의 지질 클러스터를 분해하여 다운스트림 과정을 유발하여 의식 상실을 유발하는지 보여주었습니다.

Scientists from Scripps Research have shown how anesthetics cause clusters of lipids in the cell membrane to break apart, triggering downstream processes that lead to a loss of consciousness.

 

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새로운 연구는 마취의 효과를 설명하는 메커니즘을 밝혀줍니다. New research sheds light on the mechanisms that explain the effect of anesthesia.

 

 

마취는 신경과학의 가장 큰 신비 중 하나입니다.

Anesthesia is one of the biggest mysteries of neuroscience.

 

건강전문가들이 150년 이상 매일 마취제를 사용하고 있음에도 불구하고, 일반적 마취제가 효과를 내는 분자 메커니즘은 불분명합니다.

Despite health professionals using it every day for more than 150 years, the molecular mechanism by which general anesthetics produce their effects is unclear.

 

마취의 메커니즘은 더 나은 마취제로 이어질 수 있는 의학적 과제 이상으로, 사람이 어떻게 잠을 자는 지, 의식의 본질, 그리고 이러한 상태와 관련된 질병과 관련이 있을 수 있습니다.

Beyond being a medical quandary that could lead to the design of better anesthetics, the mechanism of anesthesia may be related to how we sleep, the nature of consciousness, and conditions related to these states.

 

1846년 Massachusetts General Hospital에서 의식 상실을 유발하는 마취제가 최초로 시연되었습니다.

The first successful demonstration of an anesthetic to generate a loss of consciousness was in 1846 at the Massachusetts General Hospital in Boston.

 

연구원들은 나중에 마취제의 효능이 체내 세포막에 존재하는 지질(lipid)에서의 용해도와 관련이 있다고 지적했습니다.

Researchers later noted that the potency of anesthetics is related to their solubility in lipids, which are present in the membranes of cells in the body.

 

이것은 일반적 마취 작용의 "지질 가설(lipid hypothesis)"로 이어졌지만, 막 지질의 변화가 어떻게 무의식을 생성하는지는 정확히 미스터리로 남아 있었습니다.

This led to the “lipid hypothesis” of general anesthetic action, but precisely how changes in membrane lipids generate unconsciousness has remained a mystery.

 

캘리포니아주 샌디에고의 Scrips Research 과학자들은 PNAS 저널의 최근 연구에서 전례없는 세부사항으로 전신 마취의 메커니즘을 설명합니다.

In a recent study in the journal PNAS, scientists from Scripps Research in San Diego, CA, describe the mechanism behind general anesthesia in unprecedented detail.

 

제안된 메커니즘은 지질 뗏목(lipid rafts)이라는 이질성 지질 클러스터의 파괴에 기반하지만 이에 국한되지는 않습니다.

The proposed mechanism is based on, but may not be specific to, the disruption of heterogeneous clusters of lipids called lipid rafts.

 

이것은 이온 채널의 개방을 유발하고 궁극적으로 뉴런의 발사를 막습니다.

This triggers the opening of ion channels and ultimately stops neurons from firing.

 

 

A medical mystery

 

 

Scripps Research 플로리다 캠퍼스의 창립자 Richard Lerner 박사는 마취를 의학적 미스터리의 “할아버지”라고 묘사합니다.

Researcher Dr. Richard Lerner, the founder of Scripps Research’s Florida campus in Jupiter, describes anesthesia as the “granddaddy” of medical mysteries.

 

“저는 스탠포드 의대에 있을 때 이 문제를 해결하고 싶었습니다.

마취는 실용적으로 매우 중요했기 때문에 이러한 마취제로 인해 사람들이 의식을 잃는 방법을 모른다는 것을 믿을 수 없었습니다.”

“When I was in medical school at Stanford, this was the one problem I wanted to solve. Anesthesia was of such practical importance I couldn’t believe we didn’t know how all of these anesthetics could cause people to lose consciousness.”

 

수수께끼를 밝히기 위해 Lerner 박사와 동료들은 초파리에서 나노 규모 현미경, 세포 연구 및 실험의 조합을 사용했습니다 (Drosophila melanogaster).

To shed some light on the mystery, Dr. Lerner and colleagues used a combination of nanoscale microscopy, cell studies, and experiments in fruit flies (Drosophila melanogaster).

 

초파리는 신경과학에서 놀랍도록 강력한 모델 유기체입니다.

The fruit fly is a surprisingly powerful model organism in neuroscience.

 

그들은 먼저 chloroform에 세포를 노출시켰는데, chloroform은 의사는 위험한 부작용 때문에 더 이상 사용하지 않는 강력한 마취제입니다.

They first exposed cells to chloroform, a potent anesthetic that doctors no longer use due to its dangerous side effects.

 

그들은 "광의 회절 한계보다 작은 생물학적 복합체를 시각화할 수 있는" 강력한 현미경을 사용하여 어떤 일이 일어 났는지 관찰했습니다.

They watched what happened using a powerful microscope “able to visualize biological complexes smaller than the diffraction limits of light.”

 

 

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그들은 chloroform이 단단히 막힌 공에서 고도로 무질서한 구조로 세포막의 지질 클러스터 조직을 이동 시킨다는 것을 발견했습니다.

They found that chloroform shifted the organization of lipid clusters in the cell membrane, from tightly packed balls into highly disordered structures.

 

이런 일이 발생하자, 지질 클러스터는 PLD2라는 효소를 포함하여 그 내용물을 쏟았습니다.

As this happened, the lipid cluster also spilled its contents, including an enzyme called PLD2.

 

연구팀은 PLD2에 형광 화학물질로 태그를 달아 원래 지질 클러스터에서 멀어지도록 관찰했습니다.

The team tagged PLD2 with a fluorescent chemical so that they could watch it move away from the original lipid cluster.

 

그들은 효소가 TREK1이라는 칼륨 이온 채널을 포함하여 다른 지질 클러스터 내에서 분자를 활성화시키는 것을 발견했습니다.

They found that the enzyme went on to activate molecules within other lipid clusters, including a potassium ion channel called TREK1.

 

이 이온 채널의 활성화는 본질적으로 뉴런을 "동결"시켜 더 이상 활동 전위를 발사할 수 없게 합니다.

The activation of this ion channel essentially “freezes” neurons, so that they can no longer fire action potentials.

 

이것은 의식 상실로 이어집니다.

This leads to a loss of consciousness.

 

Scripps Research의 플로리다 캠퍼스 부교수 Scott Hansen 박사는“TREK1 칼륨 채널은 칼륨을 방출하고 신경을 과분극화하여 발사하기가 더 어렵게 하고 차단합니다" 라고 설명합니다.

“The TREK1 potassium channels release potassium, and that hyperpolarizes the nerve — it makes it more difficult to fire — and just shuts it down,” explains senior study author Dr. Scott Hansen, an associate professor at Scripps Research’s Florida campus.

 

 

PLD2는 중요하지만 그것이 다는 아닙니다

PLD2 is important, but not everything

 

세포에서 발견한 사실을 확인하기 위해 연구원들은 살아있는 동물에서 동일한 과정을 연구하기를 원했습니다.

To validate their findings in cells, the researchers wanted to study the same process in living animals.

 

그래서 과일 파리를 연구했습니다.

This is where the fruit flies come in.

 

연구원들은 일부 파리에서 주요 효소인 PLD2를 유전적으로 삭제했습니다.

They genetically deleted the key enzyme, PLD2, in some of the flies.

 

연구원들은 이 효소가 없는 파리가 클로로포름에 더 강하다는 것을 발견했습니다:

연구원들은 정상 파리가 진정되기 위해 거의 2배의 마취제가 필요했습니다.

They found that flies without this enzyme were more resistant to chloroform; they needed almost twice as much of the anesthetic as the normal flies to become sedated.

 

이것은 PLD2가 마취의 효과를 생성하는데 중요하지만, 이것이 작용하는 유일한 메커니즘은 아님을 보여줍니다.

This shows that although PLD2 is important in generating the effects of anesthesia, it is not the only mechanism at play.

 

Hansen 박사는 “이것은 기본적이라고 생각하지만 더 많은 작업이 필요하며 많은 사람들이 수행해야 합니다.

“We think this is fundamental and foundational, but there is a lot more work that needs to be done, and it needs to be done by a lot of people,” says Dr. Hansen.