한국과학기술원(KAIST)은 정재웅 전기 및 전자공학부 교수·미국 워싱턴대 마이클 브루카스 교수 공동 연구팀이 빛과 약물을 뇌에 정교하게 장기간 전달할 수 있는 스마트폰 애플리케이션(앱) 기반 기술을 구현했다.

뉴런이나 뇌 신경 회로에 빛이나 약물을 주입하는 광유전학과 신경 약물학은 최근 뇌 연구나 질병 치료 분야에서 주목하는 방법이다.

목표 신경회로를 기존 전기자극보다 더 효과적으로 제어할 수 있어서다.

▲ 스마트폰 앱을 이용한 마이크로 LED 조작 장면

현재 일반적으로 쓰는 기기는 그러나 재질과 크기 면에서 다소 한계를 보였다.

특히 연구실에서 주로 다루는 광섬유·약물주입관 등은 뇌 이식 후 외부기기에 유선 형태(선이 연결된 것)를 유지해야 했다.

연구팀은 중합체(polymer) 미세 유체 관과 마이크로 발광다이오드(LED)를 결합해 머리카락 두께의 유연한 탐침을 만들었다.

탐침은 소형 블루투스 기반 제어 회로와 교체 가능한 약물 카트리지와 합쳐졌다.

이를 바탕으로 무선으로 마이크로 LED와 약물 전달을 제어할 수 있는 무게 2g짜리 뇌 이식용 기기를 제작했다.

약물 카트리지는 레고 블록 원리를 본떴다. 쉽게 조립·분리할 수 있도록 제작해, 필요할 때마다 새로운 약물 카트리지를 갈아 끼울 수 있다.

원하는 약물을 장기간 뇌 특정 부위에 반복 전달할 수 있다는 뜻이다.

연구팀은 실제 간단한 스마트폰 앱 제어와 도파민 활성 약물만으로 동물 행동을 성공적으로 증가·억제하는 데 성공했다.

아울러 장소 선호도를 유도할 수 있는 뇌 부위에 빛에 반응하는 단백질을 주입하는 방식으로 특정 장소에 더 머물게 만들었다.

정재웅 교수는 "빛과 약물을 이용한 신경회로 제어는 부작용을 줄일 수 있다"며 "뇌 기능을 밝혀내기 위한 연구나 뇌 질환 치료에 유용하게 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구팀은 사람 두개골 내에 완전히 이식할 수 있고 반영구적으로 사용할 수 있는 기술 개발을 계획 중이다.

라자 콰지·김충연·변상혁 연구원이 함께한 이번 논문은 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'(Nature Biomedical Engineering) 6일 자에 실렸다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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