뉴시스

KAIST, 베터리 교체 필요없는 부드러운 뇌 이식장치 개발

입력 2021.01.26. 13:01 댓글 0개
생체 이식 뒤 무선충전, 장기간 빛으로 뇌 신경회로 제어 가능
뇌분야, 인공 심박기, 위 자극기 등에 적용 기대
[대전=뉴시스] KAIST서 개발한 뇌 이식용 무선 디바이스. 왼쪽이 무선 디바이스고 오른쪽이 X-ray 사진이다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 생체 내에서 장기간에 걸쳐 배터리 교체없이 스마트폰을 이용해 빛으로 뇌의 신경회로를 정교하게 조절할 수 있는 무선 충전 뇌 이식 장치를 개발했다.

KAIST는 전기및전자공학부 정재웅 교수 연구팀이 연세대 의대 김정훈 교수팀과 함께 '뇌 완전 이식형 무선 광유전학기기'를 개발했다고 26일 밝혔다.

장기간에 걸친 동물실험이 필요한 뇌 기능 연구와 정신질환 및 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환 치료에 적용될 수 있을 것으로 기대를 받는 이번 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 22일자로 게재됐다.(논문명 : Soft subdermal implant capable of wireless battery charging and programmable controls for applications in optogenetics)

광유전학은 빛을 이용해 목표로 하는 특정 신경세포만을 선택적으로 정교하게 제어할 수 있어 뇌과학 및 신경과학 분야에서 주목받고 있다.

하지만 외부기기와 연결된 광섬유를 통해 신경세포에 빛을 전달하는 방법을 사용하는 기존 유선방식의 광유전학은 동물의 자유로운 움직임을 크게 제한해 복잡한 동물 실험을 구현하는데 제약이 있다.

또 최근에 개발된 무선 임플란트 기기들은 동물의 행동을 제약하지는 않지만 주기적인 배터리의 교체가 필요하거나 외부 장비로부터 무선으로 전력을 공급받아야 하므로 독립적이지 못하고 안정적이지 못하다는 한계가 있다.

문제 해결을 위해 연구팀은 배터리 무선 충전과 디바이스의 무선 제어가 가능한 무선 회로를 개발해 마이크로 LED 기반의 탐침과 결합했다.

이를 통해 동물이 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리의 무선 충전이 가능하고 스마트폰 앱을 통해 광자극을 무선으로 제어할 수 있는 무게 1.4g의 뇌 완전이식형 기기를 구현했다.

[대전=뉴시스] 뇌 이식용 무선 디바이스를 이용한 코카인 중독행동 제어 실험. 왼쪽은 뇌 부위에 바이러스를 통한 유전자 전달로 빛에 반응하는 이온 채널 발현을 유도한 모습이고 가운데는 두피 안에 무선 디바이스가 이식된 쥐다. 오른쪽은 코카인에 의해 유도된 행동민감화 반응을 무선 스마트폰을 이용해 빛 자극 전달로 억제한 결과다.

또 연구팀은 생체 이식 후 기기에 의해 주변의 조직이 손상되는 것을 방지키 위해 매우 부드러운 생체적합성 소재로 기기를 감쌋다.

이번 연구를 주도한 KAIST 정재웅 교수는 "개발된 장치는 체내 이식 상태에서 무선 충전이 가능하므로 배터리 교체를 위한 추가적인 수술 필요없이 장기간 사용이 가능하다"며 "이 기술은 뇌 이식용 기기뿐 아니라 인공 심박동기, 위 자극기 등 다양한 생체 이식용 기기에 범용적으로 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이어 연구팀은 이 기기를 쥐의 뇌에 삽입해 자유롭게 움직이는 상태에서 배터리가 자동으로 무선충전되는 것을 확인했고 코카인에 반복적으로 노출된 쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달, 코카인으로 인한 행동 민감화 발현을 억제해 광유전학이 코카인에 의한 중독 행동 제어에 적용될 수 있다는 것도 검증했다.

연구팀은 해당 기술이 인체에 적용될 수 있도록 기기를 더욱 소형화하고 MRI 친화적인 디자인으로 발전시키는 고도화 연구를 계획하고 있다.

공동연구자 연세대 의대 김정훈 교수는 "자유롭게 움직이는 동물을 바라보며, 단지 스마트폰 앱을 구동해 뇌에 빛을 전달하고 그로 인해 동물의 특정 행동을 제어할 수 있다는 사실이 매우 흥미롭고 많은 상상력을 자극한다"고 말했다.

◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com <저작권자ⓒ 공감언론 뉴시스통신사. 무단전재-재배포 금지.>

# 이건어때요?
댓글0
0/300