주요 연구성과
NEW 기계-의대 공동연구팀, 깊숙한 뇌의 신경신호 측정 가능한 탐침 개발
- 2024-08-30
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아주대 기계공학과·의과대학 공동 연구팀이 생체 내에서 녹는 물질을 활용해 뇌 깊숙한 곳에서 신경 세포 신호를 분석할 수 있는 탐침을 개발했다.
우리 학교 강대식(기계공학과)·이은정(의과대학 뇌과학교실) 교수는 시한성 운송체를 이용해 심부 뇌 신경 신호를 측정할 수 있는 그물망 뇌 탐침을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구 성과는 전자공학 분야 최상위권 저널인 <npj 플렉시블 일렉트로닉스(npj flexible electronics, IF 12.3, JCR상위 1.8 %)> 7월13일 자에 온라인 게재됐다. 논문의 제목은 “광범위 심부 뇌 신경 신호 측정을 위한 시한성 운송체 기반 그물망 뇌 탐침 이식(Transient Shuttle for a Widespread Neural Probe with Minimal Perturbation)”이다. 이번 연구에는 아주대 기계공학과 노연욱 박사와 김형석·김은아·지경빈 학생이 제1저자로 참여했다.
최근 뇌에 전자 장치를 이식해 뇌의 병리학적 특성과 인지 과정을 이해하려는 연구가 큰 주목을 받고 있다. 이에 여러 연구를 통해 유연한 전자 장치를 비롯한 소재와 디자인의 발전이 이뤄졌다. 최근 뇌 표면에 오랜 기간 이식되어 뇌 신경 신호를 분석할 수 있는 수준에 도달했지만, 심부 뇌의 활동을 모니터링하는 것은 여전히 어려운 도전으로 남아 있다.
심부 뇌의 모니터링을 위해 많은 연구 그룹들이 단단한 뇌 탐침을 뇌 심부에 이식하거나, 상대적으로 유연한 뇌 탐침을 단단한 운송체로 삽입하는 등의 시도를 해왔다. 그러나 부드럽고 연약한 뇌 세포와 단단한 뇌 탐침의 기계적 불일치, 그리고 이식 후 운송체 철수 과정 중에 발생하는 유연한 뇌 탐침의 구겨짐 또는 흐트러짐이 심부 뇌 모니터링을 어렵게 하는 문제로 남아있었다.
아주대 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 강성이 약 1078배 변하는 시한성 물질을 이용해 초미세 그물망 형태의 뇌 탐침을 코팅했다. 이렇게 제작된 시한성 운송체 기반의 그물망 뇌 탐침은 이식 중에는 높은 강성을 가져 뇌 깊은 곳에 효과적으로 안착할 수 있으며, 원하는 자리에 이식이 된 후 녹아 사라지기 때문에 별도의 운송체 철수 과정이 필요하지 않다.
또한 단단한 운송체가 녹아 사라져 유연한 상태로 장기간 이식되기 때문에, 신경 세포가 원래의 위치로 회복되며 면역 반응이 최소화됨을 확인 할 수 있었다.
강대식 교수(기계공학과)는 “이번에 제작한 시한성 운송체 기반 그물망 뇌 탐침은 삽입-철수- 장기 이식 과정 중 필요한 강성을 최적화할 수 있다”며 “이러한 이식 형태는 단순히 뇌 표면을 넘어 뇌 심부 및 넓은 영역의 신경 세포 활동을 분석할 수 있는 기반이 된다”라고 설명했다.
의과대학 이은정 교수(뇌과학교실)는 "뇌 심부의 신경 세포 신호 측정을 통해 뇌의 기능 및 질환에 관한 보다 많은 정보를 얻음으로써 뇌 질환 치료에 한 발 더 나가길 기대한다"라고 전했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부가 주관하는 개인기초연구지원사업 우수신진연구, 중견연구, 집단연구사업 기초연구실, 교육부가 주관하는 학문후속세대사업 박사후국내연수, 환경부가 주관하는 환경보건 디지털 조사 기반 구축 기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
공동 연구팀의 논문은 생물학연구정보센터(BRIC)가 발표하는 ‘한국을 빛내는 사람들(한빛사)’ 논문으로 선정됐다.
시한성 운송체에 감싸진 그물망 구조의 뇌 탐침 개략도
시한성 운송체를 이용한 그물망 뇌 탐침이 이식된 뇌 심부의 신경 세포 회복 및 면역 반응 감소 분석