한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 박성준 바이오 및 뇌공학과 교수팀이 메사추세츠공대(MIT) 폴리나 아니키바 교수, 쏸허 자오 교수, 육현우 박사 공동 연구팀과 함께 하이드로젤 기반 유연성 뇌-기계 인터페이스를 개발했다고 21일 밝혔다.
뇌 구조를 연구하거나 뇌신경 질환 메커니즘을 파악·치료하려면 실시간으로 뇌를 자극하고 신호를 측정하는 인터페이스 개발이 필수다. 기존 신경 인터페이스는 이물 반응 때문에 주변에 절연세포층이 형성, 그 수명이 매우 짧다.
연구팀은 직접 제작한 다기능성 파이버 다발을 하이드로젤 몸체에 넣는 방법으로 '뇌 모사형 신경 인터페이스'를 제작했다. 빛으로 특정 신경세포종만을 자극할 수 있는 광섬유, 뇌에서 신호를 읽을 수 있는 전극 다발, 약물을 뇌로 전달할 수 있는 미세 유체 채널을 모두 보유하고 있다.
해당 인터페이스는 하이드로젤 몸체를 건조시킨 상태에서는 삽입이 쉽다. 하지만 몸에 들어가면 체내 수분을 빠르게 흡수해 주변 조직과 유사한 상태가 된다. 이물 반응을 최소화할 수 있다. 동물 모델에 적용한 결과, 삽입 후 6개월까지도 뇌 신호를 측정할 수 있었다. 또 자유롭게 움직이는 쥐를 대상으로 초장기간 광유전학 실험, 행동 실험 등이 가능하다. 이물 반응에 의한 아교세포 및 면역세포의 발현이 기존 장치보다 현저히 줄어듦을 증명했다.
박성준 교수는 “이번 연구는 최초로 하이드로젤을 다기능 신경 인터페이스의 구성물질로 사용해 그 수명을 대폭 상승시켰다는 데에 의의가 있다”며 “해당 연구를 통해 향후 알츠하이머병, 파킨슨병 등 초장기간 관찰이 필요한 뇌 신경 질환 연구가 더욱 발전할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 신진연구사업, 범부처의료기기개발 사업, 나노소재원천기술개발사업, 차세대 지능형 반도체 개발사업, KK-JRC 스마트 프로젝트, 카이스트 글로벌 이니셔티브 프로그램, 포스트 인공지능(Post-AI) 프로젝트 사업의 지원을 받아 수행됐다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
