뇌신호 측정 기계로 뇌지도·치료제 만든다

KIST 조일주·최낙원 박사팀, 뇌신호 측정 시스템 개발
뇌 구조·기능 알아낼 수 있고 약물 효능 평가도 가능해
뇌 오가노이드 활용해 뇌질환 치료제 개발 앞당길수도

한국과학기술연구원 뇌과학연구소 조일주, 최낙원 박사팀이 개발한 뇌회로 측정용 초소형 분석 시스템. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 3D 구조의 인공 뇌에서 신경 신호를 측정하는 기술을 개발했다. 연구진은 뇌신경 신호 측정기술과 뇌 오가노이드를 활용해 뇌 질환 치료제 개발 기간을 앞당길 수 있을 것이라고 설명했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 조일주·최낙원 박사팀이 입체적인 인공 뇌 회로를 망가뜨리지 않고 정밀하게 자극하고 세포 단위의 신경 신호를 내부의 여러 곳에서 실시간으로 측정할 수 있는 초소형 분석 시스템을 개발했다고 28일 밝혔다. 최낙원 박사는 "개발한 시스템을 통해 다양한 뇌 발달 장애와 뇌 질환의 원인 및 치료 방법 등을 연구할 수 있게 됐다"고 말했다.

연구진은 쥐의 뇌세포로 인공 뇌 회로를 구성 후 배양하면서 이번에 개발한 마이크로 시스템을 이용해 신경 신호의 변화를 매일 관찰했다. 그결과 언제 뇌 회로가 기능적으로 연결되는지 알아냈다.

연구진은 "이는 태아의 발달 과정에서 언제 뇌의 기능이 생기는지를 알 수 있는 단서가 될 것"이라고 설명했다.

또 뇌 신호가 전달될 때의 속도에 영향을 미치는 요인을 분석할 수도 있었다. 실험을 통해 뇌 신호의 전파속도가 뇌세포 부위별로 다르다는 것을 밝혀냈다. 그뿐만 아니라, 오가노이드 등 3차원 인공 뇌 내에서의 기능적 연결 지도를 만들 수 있는 가능성도 확인했다.

한국과학기술연구원 뇌과학연구소 조일주·최낙원 박사팀이 제작한 3차원 인공 뇌회로 측정용 초소형 분석 시스템. 63개의 실리콘 바늘 내부에는 백금전극이 삽입돼 있어 신경신호 측정이 가능하다. 또한 광섬유와 약물 전달할 수 있는 미세한 관이 들어가 있어 빛이나 약물로 뇌 세포를 정밀하게 자극할 수 있다. KIST 제공

연구진은 머리카락 절반 정도인 50㎛ 두께의 실리콘 바늘 63개로 3차원 다기능 신경 신호 측정 시스템을 만들었다. 실리콘 바늘 내부에는 백금전극이 삽입돼 있어 신경신호 측정이 가능하다. 또한 광섬유와 약물 전달할 수 있는 미세한 관이 들어가 있어 빛이나 약물로 뇌 세포를 정밀하게 자극할 수 있다.

이렇게 자극에 반응하는 인공 뇌 회로의 기능 변화를 측정해 인공 뇌 내부의 뇌 회로 연구뿐만 아니라, 다양한 뇌 질환 치료제의 효과를 검증할 수도 있다고 연구진은 설명했다.

조일주 박사는 "이 시스템이 기존에는 불가능했던 3D 인공 뇌 기능 측정을 가능하게 만들어 다양한 뇌 질환 치료제 개발 기간을 획기적으로 단축할 수 있을 것"이라고 전망했다.

이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 21일 게재됐다.

한국과학기술연구원 뇌과학연구소 조일주, 최낙원 박사팀이 개발한 뇌회로 측정용 초소형 분석 시스템으로 3차원 인공 뇌회로를 실시간으로 측정하고 있다. KIST 제공

[e-mail] 김만기 기자