연구 이미지(AI 생성)[한국과학기술원(KAIST) 제공. 재판매 및 DB 금지]
KAIST, DGIST 등과 감지 센서·빛 자극·무선 계측 결합 이식형 신경칩 개발
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 장경인 교수 연구팀이 신경전달물질인 ‘아세틸콜린’을 감지하는 센서에 빛 자극 소자와 소형 무선 계측 기술을 결합한 이식형 신경칩을 개발했다고 27일 밝혔다.
아세틸콜린은 신경세포 사이에서 정보를 전달하며 기억과 학습에 중요한 역할을 하는 물질이다.
알츠하이머병 치료제인 ‘도네페질’은 아세틸콜린을 분해하는 효소의 작용을 억제해 이 물질이 더 오래 작용하도록 돕는다. 약물 투여 후 뇌 특정 부위에서 아세틸콜린이 어떻게 변하는지 살펴보면 약물의 작용을 이해하는 데 도움이 된다.
연구팀은 대구경북과학기술원(DGIST)·한국뇌연구원(KBRI)·한국생명공학연구원(KRIBB) 연구진과 공동으로 개발한 신경칩을 미니돼지의 전전두피질에 삽입하고, 도네페질을 투여한 뒤 아세틸콜린 신호를 무선으로 측정했다.
전전두피질은 판단과 주의, 기억 등 인지 기능에 관여하는 뇌 영역이다. 실험에서는 약물 투여 후 아세틸콜린 신호가 증가했다가 서서히 회복되는 과정이 관찰됐다.
뇌의 특정 부위에서 일어나는 화학적 반응을 몸 밖에서 연속적으로 확인한 것이다.
이 신경칩은 뇌 속 변화를 감지하면서 빛으로 신경세포를 자극할 수도 있다.
연구팀은 별도의 생쥐 실험에서 칩에 내장된 초소형 발광다이오드(LED)로 빛 자극을 주었을 때 아세틸콜린 신호가 증가하는 것을 확인했다.
이번 기술은 뇌 질환 치료제가 뇌에서 어떻게 작용하는지 살펴보는 연구에 활용될 수 있다고 연구팀은 설명했다. 약물의 양이나 투여 간격을 바꿨을 때 뇌 속 신경전달물질의 반응이 어떻게 달라지는지 비교하는 데 도움이 될 것이라고 연구팀은 덧붙였다.
장경인 교수는 “이번 연구는 뇌 속 변화를 읽고 그 반응에 맞춰 자극을 조절하는 기술로 나아갈 기반을 마련한 것”이라며 “앞으로 치료제가 뇌에서 어떻게 작용하는지 살피고 뇌 상태에 맞는 자극 방법을 찾는 데 활용될 것”이라고 말했다.
