한국 과학자들, 브레인칩에 '눈'을 달았다

KIST 조일주 박사 연구팀 "신호 보내는 신경세포 위치·종류 확인 가능해져"

＜형광 뉴럴 프로브 시스템＞ 실제 살아있는 생쥐의 뇌회로에서 세포 종류별 활성도를 측정하기 위해 이미지 센서가 집적된 브레인칩을 시스템 수준으로 집적된 사진. 쥐에서 사용하기 위해 소형의 집적된 시스템을 구현됐다. 그림 제공 = 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 조일주, 추남선 박사

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 브레인칩에 눈을 달았다. 신경세포의 전기적 활성을 측정하는 브레인칩에 어떤 세포에서 오는 신호인지를 한 눈에 알아볼 수 있도록 카메라 기능을 더한 것이다.

한국연구재단은 조일주 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀이 신경활성을 측정하는 브레인칩에 카메라의 단위소자인 포토다이오드를 고밀도로 집적, 세포 특이적인 형광신호를 전기신호와 함께 측정할 수 있는 머리카락 두께 크기의 브레인칩을 제작했다고 12일 밝혔다.

우리 뇌는 서로 다른 여러 영역으로 구성되며 각 영역에서 활동 하는 신경세포들도 저마다 다른 역할을 한다. 신경세포를 종류에 따라 다른 색으로 시각화할 수 있다면 질환에 관여하는 특정 세포만을 찾아내고 자극하려는 뇌질환 치료 시도를 현실화하는 발판이 될 수 있다.

기존에도 0.5mm 굵기의 광섬유로 뇌 피질이나 해마 등 뇌 표면 근처 부위를 시각화할 수는 있었다. 하지만 빠르게 변하는 전기적 신호와 반응이 느린 형광신호를 동시에 측정하기는 어려웠다. 크기 때문에 뇌 심부를 측정하거나 뇌의 여러 부위를 동시에 측정하는 데도 어려움이 있었다.

연구팀은 미세유체공학 및 반도체 기술을 이용해 기존 전기신호 측정용 브레인칩에 카메라 단위소자인 포토다이오드를 집적시키는 데 성공했다. 기존 광섬유 대비 약 30 배 작아진 셈이다. 전기적 신호를 측정하면서 해당 신호를 보이는 세포의 위치와 세포 종류 정보를 세포 특이적 형광신호를 통해 동시에 얻을 수 있게 됐다. 특히 어레이 형태로 제작해 뇌의 여러 부위에서 동시에 측정할 수 있다는 설명이다.

또 실제 제작한 브레인칩을 쥐의 기억을 담당하는 해마 부위에 이식하여 광자극을 주면서 여러 종류의 세포 중 흥분성 세포의 빠르게 변하는 활성도를 정밀하게 측정할 수 있음을 확인했다.

연구팀은 "이번에 개발한 브레인칩이 신경세포 종류별 역할을 규명하는데 기여함으로써 특정 질환에 관여하는 뇌회로와 특정 세포를 자극하는 전략을 위한 기초자료가 될 것으로 기대하고 있다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난달 19일 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr