KAIST, 6배 정밀한 3D 뇌 모사 플랫폼 구현 성공

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 바이오및뇌공학과 박제균·남윤기 교수 공동연구팀이 고해상도 3D 다층 신경세포 네트워크를 제작하고 구조적·기능적 연결성을 동시에 분석할 수 있는 통합 뇌 모사 플랫폼을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 뇌와 유사한 탄성 특성을 지닌 묽은 젤(피브린 하이드로겔)을 이용해 3층으로 구성된 미니 뇌 구조를 3D 프린팅으로 구현하고 그 안에서 실제 신경세포들이 신호를 주고받는 과정을 실험을 통해 입증했다.

특히 젤이 흐르지 않도록 스테인리스 철망 위에 딱 붙게 만드는 '모세관 고정 효과' 기술로 기존보다 6배 더 정밀한 뇌 구조를 재현했다.

위층과 아래층에는 대뇌 신경세포를 배치하고 신경세포들이 비어있는 가운데층을 뚫고 지나가며 연결되도록 설계했다. 프린팅된 층들이 삐뚤어지지 않고 정확히 쌓이도록 맞춰주는 원통형 설계인 '3D 프린팅 정렬기'로 다층 구조체의 정밀한 조립과 미세 전극 칩과의 안정적 결합을 완성했다.

만들어진 뇌 구조 아래층에 전극 칩을 달아 전기신호를 측정하고 위층은 빛(칼슘 이미징)으로 세포 활동을 동시에 관찰하는 '이중 모드 분석 시스템' 기술로 실험한 결과, 신경세포들이 실제로 연결돼 신호를 주고받았다.

박 교수는 "이번 연구는 뇌 조직의 복잡한 다층 구조와 기능을 동시에 재현할 수 있는 통합 플랫폼의 공동개발 성과"라며 "기존 기술로 14일 이상은 신호 측정이 불가했던 것에 비해 27일 이상 실시간으로 분석할 수 있어 향후 신경질환 모델링, 뇌 기능 연구, 신경독성 평가 및 신경 보호 약물 스크리닝 등 다양한 뇌 연구 분야에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

KAIST 바이오및뇌공학과 김수지 박사와 윤동조 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr