최낙원・정석 교수 공동 연구팀, 인공 뇌 신경 네트워크를 입맛대로 조절하는 기술 개발로 Science Advances 저널 논문 게재

체외 환경에서 뇌 신경 네트워크 내 국소적 신경조절 구현 기술 개발

▲왼쪽부터 강현욱 학생, 정석 교수, 최낙원 교수
 

최낙원 교수, 정석 교수, 김홍남 박사(한국과학기술연구원 (KIST)), 방석영 교수(동국대학교) 공동 연구팀이 개발한 플랫폼을 활용하여 체외 3차원 환경에서 뇌의 신경 회로망의 특성을 모사한 뇌신경 네트워크를 구축하고, 형성된 회로망의 특정한 부위의 신경을 조절해 신호 전달 과정을 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다.

이번 연구 결과는 다학제 분야 우수 저널 ‘Science Advances (IF = 14.980)’에 2023년 3월 10일 온라인 게재되었다. (논문명: Integration of reconfigurable microchannels into aligned three-dimensional neural networks for spatially controllable neuromodulation)

뇌의 생리학적 및 병리학적 연구를 위해선 체외 환경에서의 모델 구축이 필수적이다. 그러나 체외 모델 연구를 위해선 뇌신경 회로망의 특성을 모사해 3차원 환경에서 구축하는 것뿐만 아니라, 특정한 부위에 국소적으로 신경 조절을 할 수 있는 기술이 필요한데 현재까지의 기술력으로는 한계가 있었다.

이에 공동 연구팀은 방향성을 가진 상태로 정렬이 되어 있는 뇌속 신경 회로망의 특성을 모사하기 위해 뇌 신경 조직 내 신경세포들이 일정한 방향으로 정렬된 상태에서 배양이 되도록 하는 방법을 고안함과 동시에 체외 3차원 환경에 형성된 조직에 다양한 생화학적 인자가 포함된 액체가 흐를 수 있는 미세한 크기의 통로(미세 유체 마이크로채널)들을 집적시키는 기술을 동시에 구현할 수 있는 3차원 뇌신경 조직 칩 제작 기술을 개발했다.

미세 유체 마이크로채널을 통해 신경 신호를 자극 또는 억제할 수 있는 약물을 주입함으로써 국소적으로 특정 구역의 신경 조절이 가능하도록 하여, 뇌신경 조직의 형성 및 국소 부위 자극 및 억제를 통해 네트워크상 신호 전달을 모니터링 할 수 있게 됐다.

이번 연구 성과로 뇌신경 회로망의 정밀한 분석이 가능하게 됐으며, 향후 뇌의 생리학적 및 병리학적 연구가 크게 확대될 것으로 기대되고 있다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 뇌과학원천기술개발사업, 바이오의료기술개발사업 (차세대응용오믹스)의 지원으로 수행되었다.