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인공 미니 뇌 활동, 정밀하게 측정한다

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인공 미니 뇌 활동, 정밀하게 측정한다

2021.03.24 22:00
미 노스웨스턴대-시카고일리노이대 연구팀, 뇌오가노이드 측정 소자 개발
전자소자로 측정한 미니 뇌의 전기신호. 미국 노스웨스턴대 제공
미니 뇌의 전기신호를 측정하는 전자소자. 미국 노스웨스턴대 제공

오가노이드는 사람의 줄기세포나 체세포를 외부에서 배양해 실제 장기의 기능을 갖도록 만든 유사 생체 장기를 뜻한다. 여러 장기 중에서 뇌는 오가노이드로 만들기 어렵다. 뇌에 있는 다양한 신경세포를 조화롭게 생성하는 게 힘들기 때문이다. 최근 관련 연구가 거듭되며 실제 뇌 기능에 필수적인 신경세포를 분화시켜 여러 신경세포 간 상호작용을 발생시키는 수준까지 올라왔다. 미국에서 활동하는 한국인 과학자들이 주도하는 국제 공동연구진이 뇌 오가노이드의 활동을 측정하는 전자 소자를 개발했다. 

 

존 로저스 미국 노스웨스턴대 신경외과 교수와 존 파이넌 미국 시카고 일리노이대 기계산업공학과 교수 공동 연구팀은 미니 뇌의 활동을 매우 정밀하게 측정하는 바이오 전자 소자를 개발했다고 국제학술지 사이언스 어드밴시스에 20일 발표했다. 

 

오가노이드 기술과 3차원(3D) 전기신호 측정 기술을 합친 연구는 이번이 처음이다. 뇌의 발달에 대한 비밀을 풀거나 치매와 파킨슨병 등 신경퇴행성질환 해결에 대한 실마리를 찾는데 도움이 될 것으로 기대된다. 미국 노스웨스턴대 신경외과에서 연구하는 박윤석∙류한준 박사후연구원이 공동 1저자로 이름을 올렸으며 성균관대와 KAIST팀 등도 함께 연구에 참여했다. 

 

이번에 개발된 소자는 50μm(마이크로미터·1μm는 100만 분의 1m) 크기의 전극이 25개 달린 형태다. 작은 발열체를 가지고 있어 전기 자극을 주는 전극으로도 활용할 수 있다. 광유전학 실험을 수행하기 위한 소형 발광다이오드(LED) 조명도 달려있다. 광유전학은 빛으로 이온 채널을 세포나 생물에 발현시켜 세포와 조직의 활성을 관찰하는 기술이다.

 

연구팀은 개발한 미니 뇌와 바이오 전자소자를 합쳐 ‘배양접시 위 미니 실험실’이라 이름 붙였다.  박윤석 박사후연구원은 “3차원 오가노이드의 연구의 발전에 비해 이를 활용하여 전기 생리학을 연구하는 방법은 아직 평평한 2차원 전극 밖에 존재하지 않았다”며 “개발된 소자는 실크가닥처럼 유연하며 3차원으로 뇌에서 여러 유형의 정보를 수집할 수 있다”고 설명했다.


연구팀은 “신경 의학 분야의 역량을 확장할 수 있는 완전히 새로운 차원의 3차원 바이오 전자소자”라며 “다음 연구는 뇌를 포함한 더욱 복잡한 신경 회로가 될 것이며, 심장 박동과 같이 역동적인 조직의 연구로 확장될 것”이라고 말했다. 이번 연구는 우수성을 인정받아 사이언스 어드밴시스 표지 논문으로 소개됐다. 

 

박윤석(왼쪽)·류한준(오른쪽) 미국 노스웨스턴대 신경외과 박사후연구원. 박윤석·류한준 제공
박윤석(왼쪽)·류한준(오른쪽) 미국 노스웨스턴대 신경외과 박사후연구원. 박윤석·류한준 제공


 

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