KAIST, 수명긴 '하이드로젤 기반 유연성 뇌-기계 인터페이스' 개발

박성준 교수팀, MIT와 공동연구, 장기적 뇌에 삽입 가능한 장치 개발

알츠하이머병, 파킨슨병 등 뇌 질환 연구 활성화 기대

[대전=뉴시스]하이드로젤 기반 하이브리드 뇌-기계 인터페이스 개요 및 제작과정. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 바이오및뇌공학과 박성준 교수 연구팀이 '하이드로젤 기반 유연성 뇌-기계 인터페이스'를 개발하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.

하이드로젤은 물과 젤리가 합친 합성어며 주로 필러, 보톡스, 화장품에 쓰이는 반고체 상태의 물질이다. 인공적인 인체 조직을 만드는 원료로 적합해 의학적으로 널리 쓰인다.

뇌 구조를 연구하거나 뇌 신경 질환의 메커니즘을 파악, 치료키 위해서는 실시간으로 뇌를 자극하고 신호를 측정할 수 있는 인터페이스의 개발이 필수적이다.
 
하지만 기존 신경 인터페이스는 기계·화학적 특성이 뇌 조직과 많이 달라 이물 반응(foreign body response)이 발생하고 이로 주변에 절연세포층이 형성돼 수명이 매우 짧다.

이에 따라 공동 연구팀은 다기능성 파이버 다발을 직접 만들어 하이드로젤 몸체에 넣는 방법으로 '뇌 모사형 신경 인터페이스'를 제작했다.

이 장치는 광섬유, 뇌에서 신호를 읽을 수 있는 전극 다발, 약물을 뇌 속으로 전달할 수 있는 미세 유체 채널 등을 모두 갖추고 있다.

또  하이드로젤 몸체를 건조시키면 단단한 성질이 고분자와 유사해 몸체에 삽입하기가 쉽다.

특히 몸에 들어가면 체내의 수분을 빠르게 흡수해 부드럽고 수분이 풍부한 주변 조직과 유사한 상태가 되므로 이물 반응을 최소화할 수 있다.

연구팀은 이 장치를 동물 모델에 직접 적용한 결과, 기존 기록보다 늘어난 삽입 후 6개월까지도 뇌 신호를 측정할 수 있는게 확인됐다.

 이어 동물을 통해 초장기간 광유전학 실험, 행동 실험 등이 가능하고 이물 반응에 의한 아교세포 및 면역세포의 발현이 기존 장치보다 현저히 감소한다는 사실도 증명해 냈다.

메사추세츠 공과대학(MIT) 폴리나 아니키바(Polina Anikeeva) 교수, 쏸허 자오(Xuanhe Zhao) 교수, 육현우 박사 연구팀과 함께 얻은 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 8일자로 실렸다.(논문명:Adaptive and multifunctional hydrogel hybrid probes for long-term sensing and modulation of neural activity)

박성준 교수는 "이번 연구는 최초로 하이드로젤을 다기능 신경 인터페이스의 구성물질로 사용해  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 기대한다"고 말했다.


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