조일주 KIST 박사팀 개발 '브레인칩', 빛·약물로 뇌기능 조절
40㎛ 두께 실리콘 구조체에 약물이동 채널, 광자극, 전극 등 포함
국내 연구진이 머리카락 두께의 칩을 생쥐의 뇌에 삽입해 뇌 기능을 제어하는 데 성공했다.
한국연구재단(이사장 노정혜)은 조일주 KIST 박사팀이 뇌에서 발생하는 신경신호를 동시에 측정하고, 약물이나 빛을 전달하는 브레인칩을 개발했다고 22일 밝혔다.
뇌 질환을 치료하려면 뇌세포 하나에서 발생하는 신호를 측정해야 한다. 뇌에 칩을 삽입하거나 비침습적 영상기술을 이용해 신호를 얻을 수 있다.
기존 브레인칩은 뇌의 여러 부위에서 몸을 제어하기 위한 신호나 의도 등을 읽을 수 있지만, 자극 기능이 없어 뇌의 기능을 제어할 수 없다는 한계가 있다.
KIST 연구팀이 개발한 시스템은 뇌의 신호를 측정하는 것뿐만 아니라, 자극을 줄 수도 있다. 연구팀은 머리카락 굵기인 40㎛ 두께 브레인칩을 만들어 살아있는 생쥐의 뇌에 삽입했다. 브레인칩은 기억을 담당한다고 알려진 해마 부위를 빛과 약물로 자극했다.
실험 결과, 이 자극을 통해 해당 영역의 뇌 회로가 강화되거나 약화될 수 있음이 확인됐다. 빛이나 약물 자극으로 기억을 담당하는 신경회로를 제어할 수 있다는 의미다. 연구팀은 해마의 여러 부위에서 동시다발적으로 발생하는 신경신호를 측정하는 데도 성공했다.
삽입한 브레인칩의 크기도 주목할 만하다. 40㎛ 두께 실리콘 구조체에 약물이동 채널과 광자극을 위한 광도파로(optical waveguide), 전극, 뇌신호 측정전극이 모두 들어갔다. 기존 탐침보다 6~8배 가까이 축소된 탐침 4개와 전극 32개는 신경세포 하나에서 신호를 읽고 약물이나 빛을 수 초 안에 전달할 수 있다.
조일주 박사는 "기존 뇌 회로 연구 방법의 한계를 극복하고 뇌 기능의 정밀 조절법을 제시할 것으로 기대된다"며 "앞으로 마취 상태가 아닌 깨어 있는 생쥐를 대상으로 행동 연구를 추진할 계획"이라고 말했다.
연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 8월 22일 자에 실렸다.
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