"뇌 염증 부위에 정확히 약물 주입"…초소형 바늘 최초 개발

오랫동안 뇌 전극 삽입 가능해져....염증 부위에 전기-약물 치료 동시 실시

[아시아경제 김봉수 기자] 사람의 머리 속에 미세한 바늘을 삽입해 약물을 특정 부위에 주입할 수 있는 기술이 최초로 개발됐다. 전기적 신호와 함께 약물 전달이 가능해지면서 오랫동안 뇌 전극 삽입이 가능해지고 보다 정밀한 뇌질환 치료의 길이 열렸다는 평가다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 김소희 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 3차원 구조의 마이크로니들 어레이형 뇌 전극에 약물 전달 기능을 탑재한 유연성 다기능 뇌-기계 인터페이스 기술을 개발했다고 8일 밝혔다. 향후 장기간 이식이 필요한 뇌질환 치료용 전극으로 활용 가능할 것으로 기대된다.

마이크로니들은 마이크로미터(1마이크로미터는 1밀리미터의 1/1000) 단위의 직경을 갖는 바늘 형상의 구조물을 말한다. 기존의 마이크로니들이 포함된 어레이 형태의 전극은 단단한 실리콘과 유리를 기반으로 만들어져 유연성이 없었다. 재료적 특성과 3차원 구조물이라는 형태적 특징 때문에 약물 전달 기능이 함께 구현된 적도 없었다.

연구팀은 여러 개의 마이크로니들이 유연한 폴리머 플랫폼으로 지지되고 있는 3차원 전극 기술을 기반으로, 유연한 폴리머 케이블에 유체 채널을 집적했다. 이를 통해 전기적 신호 전달과 화학적 약물 전달의 두 가지 기능을 동시에 할 수 있는 다기능 케이블 및 연결기술을 개발했다. 다기능 케이블과 3차원 전극을 결합함으로써 약물 전달과 동시에 뇌 신호의 측정 또는 전기적 자극이 가능한 다기능 유연 뇌 인터페이스 구현이 가능해진 것이다.

이를 활용해 약물 전달 채널을 통해 항염증 약물을 전극이 있는 곳에 정확하게 전달할 수 있게 된다. 이로 인해 뇌-기계 인터페이스 기술과 같이 장기간 뇌에 이식된 채로 사용해야 하는 전극의 수명 연장이 가능할 것으로 기대된다.

기존에 뇌-기계 인터페이스(BMI) 기술에서 사용되어 왔던 뇌 전극은 단단한 실리콘(silicon)과 유리를 기반으로 제작된 마이크로니들 어레이(microneedle array)였으며 구조적 특성으로 인해 약물 전달 기능의 구현이 어려웠다. 이번 연구 결과는 유연성 재료를 플랫폼으로 하는 3차원 마이크로니들 어레이 구조에 미세유체채널을 탑재한 유연 케이블을 결합함으로 인해 최초로 3차원 뇌 전극에 약물 전달 기능을 접목할 수 있게 됐다.

김 교수는 "약물 전달 채널을 통해 화학적 방식으로 뇌를 자극함과 동시에 뇌 신호의 측정을 할 수 있고, 혈관-뇌 장벽(blood-brain barrier)을 거치지 않고 약물을 직접 뇌세포에 전달할 수 있다"면서 "뇌질환 치료용 약물의 약효 검증도 가능해 치료제 개발에도 활용 가능할 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 ‘뇌과학원천기술개발사업’의 지원으로 수행됐다. 강유나 한국기계연구원 의료지원로봇연구시 박사가 제1저자로,김 교수가 교신저자로, 최한경 DGIST 뇌인지과학전공 교수가 공저자로 참여했다. 지난달 18일 국제학술지 ‘마이크로시스템 앤 나노엔지니어링 (Microsystems & Nanoengineering)’ 지에 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr