생쥐 뇌에 머리카락 굵기 칩 넣어 신경회로 조절 성공

연합뉴스 | 입력 08/22/2019 09:17:48
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다기능 브레인 칩 개념도 [한국연구재단 제공. 재판매 및 DB 금지]​
4개의 탐침에서 광 자극·약물 전달 등을 하는 한편 신경신호 측정을 통해 신경세포 간 연결을 확인할 수 있다.


한국과학기술연구원 "뇌 기능 정밀하게 다루는 연구 응용 기대"

 

뇌에 직접 약물을 전달할 수 있는 초소형 브레인 칩 개발 가능성이 학계에 보고됐다.

 

22일 한국연구재단에 따르면 조일주 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀은 뇌의 여러 부위에서 발생하는 신경 신호를 동시에 측정하는 한편 뇌에 약물이나 빛을 전달할 수 있는 기술을 구현했다.

 

브레인 칩은 말 그대로 뇌에 삽입하는 형태의 기기다. 뇌 질환 치료나 뇌 기능 증강을 위한 매개체로 보면 된다.

 

기존에는 뇌에서 나오는 신호를 읽어 뇌 기능 이상을 확인하는 것까지는 가능했다.

 

반대로 뇌에 신호를 보내는 소통은 아직 많이 연구되지 않았다.

 

뇌 기능 제어를 위해 파킨슨병 환자 등을 대상으로 심부 자극술 칩이 사용되고는 있으나, 뇌 회로의 정밀한 자극이나 뇌 신호 변화의 동시 측정은 어렵다.



브레인 칩을 구성하는 다기능 탐침[한국연구재단 제공. 재판매 및 DB 금지]


연구팀은 머리카락 굵기(40㎛)의 아주 가는 초소형 브레인 칩을 제작해 마취 상태의 살아있는 생쥐 뇌에 넣었다.

 

이를 통해 생쥐 기억을 담당하는 해마 부위에 빛과 약물을 전달하는 데 성공했다.

 

빛이나 약물 자극으로 뇌 회로를 강화하거나 약화할 수 있다는 사실을 확인했다는 뜻이다.

 

이 과정에서 연구팀은 해마 여러 부위에서 동시다발적으로 발생하는 광범위한 신경 신호를 단일 세포 수준에서 정밀하게 측정하기도 했다.

 

약물 이동이나 빛 자극을 위한 광도파로(optical waveguide), 전기자극을 위한 전극, 뇌 신호 측정 전극을 모두 머리카락 굵기의 실리콘 구조체에 모아 소형화했다고 연구팀은 강조했다.

 

기존 대비 6∼8배 작은 탐침 4개와 32개의 전극을 내장해 신경세포 하나하나로부터 신호를 읽어 들이는 한편 약물이나 빛을 수 초 안에 직접 전달하는 원리다.



KIST 바이오마이크로시스템연구단 조일주 박사[한국연구재단 제공. 재판매 및 DB 금지]


조일주 박사는 "뇌 기능을 정밀하게 조절할 수 있는 초소형 시스템을 현실화한 것"이라며 "기존 뇌 회로 연구 방법 한계를 극복하는 한편 뇌 기능 조절 연구에 응용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

 

연구 결과는 이날 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)에 실렸다.