영화 '매트릭스'처럼 가상 세계에 연결이 가능한 단초 기술
신경망 연구 및 세포치료제 검증과 분석 연구에 역할 기대
대구경북과학기술원(DGIST)은 최홍수 로봇 및 기계전자공학과 교수팀이 라종철 한국뇌연구원 책임연구원팀과 함께 탈체(치료 목적으로 장기나 조직을 체외로 꺼냈다가 다시 원위치로 돌려놓는 것)상태 중 생체 외 환경에서 해마조직 절편과 신경망 형성이 가능한 마이크로로봇을 개발했다고 2일 밝혔다.
세포전달 및 이식과정 중 생체 외 환경에서 마이크로로봇을 이용해 구조·기능적으로 연결된 신경망 분석이 가능해짐에 따라 향후 신경망·세포치료제·재생의학 분야에서 다양하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
질환·손상으로 인한 신경세포 재생을 위해 세포치료제나 세포전달 기술들이 개발되면서 최근 최소침습적 정밀 세포전달이 가능한 마이크로로봇 이용 기술이 주목받고 있다. 기존 마이크로로봇을 이용한 세포전달 연구나 신경망 연결 연구는 주로 세포 수준에서 세포의 구조적·기능적 연결성 검증만 수행됐다.
연구팀은 신경망 연결을 실제 활용할 수 있도록 마이크로로봇 활용 연구를 수행했다. 마이크로로봇을 통해 탈체 환경에서 기능적으로 연결된 신경망 분석과 세포전달이 가능하도록 개발하고자 했으며 이를 쥐의 뇌 조직을 이용해 실험을 수행했다.
우선 쥐의 뇌 조직 속 해마 일차 신경세포에 초상자성 마이크로로봇(Mag-Neurobot)을 제작했다. 로봇 내부에는 외부 자기장에 반응해 원하는 위치로 이동할 수 있도록 자성 나노입자가 포함돼 있는데 생체적합성 확인을 통해 로봇 자성이 신경세포 성장에 영향을 미치지 않음을 확인하면서 안정성도 검증했다.
자기장 제어를 이용해 마이크로로봇을 쥐 해마조직 절편으로 이동시키고 면역 형광염색법을 통해 마이크로로봇에 포함된 세포들과 해마조직 절편 내 세포들이 서로 구조적으로 신경돌기들을 뻗으며 연결돼 있음을 관측했다.
또 마이크로로봇을 통해 전달된 신경세포가 정상적으로 전기생리적 특성을 가지는지 측정하기 위해 미세 전극 칩(MEA)으로 마이크로로봇 속 신경세포를 자극했고 해마조직 절편 내 신경세포들에서 전기신호가 정상 전파됨을 검증했다. 이를 통해 마이크로로봇으로 전달된 신경세포가 기능적으로도 쥐의 해마조직 절편 내 세포들과 신경망을 형성할 수 있고, 인공 신경망 형성 및 신경세포 전달체로서 역할을 할 수 있음을 최종 확인했다.
최홍수 교수는 “전기 생리학적 분석법으로 마이크로로봇과 쥐 뇌 신경 조직이 기능적으로 연결할 수 있음을 검증했다. 이번 기술이 향후 신경질환 및 세포치료제 분야에서 표적정밀치료의 검증을 위한 도구로 다양하게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.
과학난제도전협력지원단, 한국연구재단 및 과학기술정보통신부 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 최근 재료 분야 권위 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'에 온라인 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
