국내 연구진이 스마트폰을 이용해 뇌 신경 회로를 조절할 수 있는 무선 충전 뇌 이식 장치를 개발했다. 해당 연구 결과는 정신질환이나 뇌 질환 치료에 이바지할 것으로 기대받고 있다.
26일 한국과학기술원(KAIST)은 정재웅 교수팀이 연세대 의대 김정훈 교수팀과 함께 스마트폰으로 뇌 신경회로를 제어할 수 있는 ‘뇌 완전 이식형 무선 광유전학 기기’를 개발했다고 밝혔다.
이번 연구 결과는 장시간에 걸쳐 동물실험이 필요한 뇌 기능 연구·정신질환 및 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환 치료에 적용될 수 있을 것으로 기대받고 있다. 지난 22일에는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에도 게재됐다.
최근 뇌 기능 연구와 뇌 질환 치료 분야에서 광유전학적 방법론(생체 이식 기기로 특정 신경세포에 빛 자극을 줘 선택적으로 제어하는 방법)과 배터리 없이 외부에서 무선으로 전력을 공급받는 무선 기기가 주목받고 있다.
하지만 기존 유선방식은 외부기기와 연결된 광섬유를 통해 신경세포에 빛을 전달하는 방법을 사용하는데 동물의 자유로움 움직임을 제한해 장기적인 뇌 연구를 하는 데 한계가 있었다.
최근에 개발된 무선 임플란트 기기 또한 주기적으로 배터리를 교체해야 하거나 외부 장비로부터 전력을 공급받아야 하는 단점이 존재했다.
이에 연구팀은 배터리 무선 충전과 디바이스 무선 제어가 가능한 무선 회로를 개발해 마이크로 LED 기반의 탐침과 결합했다. 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리를 무선으로 충전할 수 있도록 한 것이다.
해당 기기는 무게 1.4g으로 생체 조직에 적합한 부드러운 소재로 구성돼 있으며 스마트폰을 통해 정교하게 제어할 수 있다.
연구팀은 중독성 약물인 코카인에 반복적으로 노출된 쥐의 두피에 기기를 이식했다. 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달하자 코카인에 의한 행동 민감화 반응을 억제하는 데 성공했다.
또한 쥐가 자유롭게 움직이는 상태에서 배터리를 자동으로 충전할 수 있음을 확인했다.
이번 연구 결과에 관해 정재웅 교수는 “중독과 같은 정신질환이나 파킨슨병 등 퇴행성 뇌 질환 치료에 이바지할 수 있을 것이다”고 말했다.
연구팀은 현재 해당 기술이 인체에 적용될 수 있도록 기기를 더욱 소형화하고 MRI 친화적인 디자인으로 발전시키는 연구를 계획 중이다.
이난초 인턴기자
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