초소형 칩으로 뇌질환 진단·치료…"뇌척수액 추출 안 해도 돼"

조일주 KIST 뇌과학연구소 단장 연구팀 '초소형 다기능 브레인 칩' 개발

[아시아경제 김봉수 기자] 뇌 질환 환자에게 뇌척수액 추출 대신 초소형 다기능 칩을 삽입해 뇌 신호를 측정, 진단·치료할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 조일주 뇌과학연구소 단장 연구팀이 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다고 17일 밝혔다.

뇌 질환의 원인 규명이나 치료를 위해선 신경전달물질 농도의 정확한 측정이 중요한데, 그동안엔 0.5mm 크기의 뇌척수액 추출용 유체관을 삽입해야 했다. 문제는 뇌 조직의 손상을 유발할 수 있을 뿐만 아니라, 유체관이 뇌의 여러 부위에 걸쳐 있게 되어 특정 뇌 부위에서의 신경전달물질 분석이 어렵다는 것이다. 또 뇌가 정상적으로 활동하는지 판단하는 주요한 지표인 뇌 신호를 측정할 수 없다. 신경전달물질과 뇌활동과의 상관관계 분석이 어려웠다

연구팀은 이러한 한계점을 극복하기 위해 뇌척수액 추출용 유체 채널, 약물 주입용 유체 채널, 뇌 신호 측정용 전극이 집적된 초소형 다기능 브레인 칩을 개발했다.앞서 2019년 세계 최초로 약물주입, 신호측정이 동시에 가능한 브레인칩을 개발해 국제학술지에 게재한 바 있다. 연구진은 뇌의 활동을 분석하기 위해선 뇌에서 나오는 전기적 신호뿐만 아니라 뇌척수액의 분석이 중요한 도구인 점에 착안해 브레인 칩에 뇌척수액 추출용 유체관을 추가로 집적했다. 개발한 칩은 기존의 상용 뇌척수액 추출 기기보다 8분의1 정도의 작은 크기로 삽입 과정에서 뇌조직의 손상을 최소화했다. 신경전달물질과 뇌 신호를 동시에 관찰해 뇌 활동 정밀 분석이 가능하다. 작은 유체관을 통해 낮은 압력으로 뇌척수액을 추출하기 때문에 장기간 사용시에 채널이 막히는 현상을 최소화 할 수 있었다.

연구팀은 개발된 다기능 브레인칩을 살아 있는 생쥐 뇌에 삽입해 뇌척수액을 추출함과 동시에 뇌 신호를 측정했다. 신경 활동을 조절하는 약물을 생쥐에게 투약한 후 시간별로 신경전달물질과 뇌 신호 변화를 측정해 뇌질환 치료약물의 효과를 다각도로 검증하는 실험을 수행했다. 브레인칩이 뇌질환 치료제의 검증을 위한 새로운 도구로 사용할 수 있음을 확인했다.

조 단장은 "새로운 신경전달물질 측정용 브레인 칩은 크기가 작으면서도 다양한 기능을 한번에 구현할 수 있어 뇌손상을 최소화하고 뇌질환 원인 및 치료제 등을 연구하는데 유용한 도구가 될 것"이라며 "다양한 뇌 질환 모델 동물에 적용돼 효과적인 뇌 질환 치료제를 개발하는 데에 기여 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’ (IF: 10.258, JCR 분야 상위 0.580%) 최신 호에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr