신경망과 연결해 신호 전달하는 마이크로로봇 개발

DGIST-뇌연구원 공동 연구, 세포치료제 개발 등에 활용

뇌 신경 조직과 연결해 신경망을 형성하는 마이크로봇이 개발됐다.

DGIST(총장 국양)는 몸 밖에 꺼내 둔 쥐의 뇌 해마 조직 절편과 연결해 신경망을 형성할 수 있는 마이크로로봇을 개발했다고 2일 밝혔다. 뇌질환 환자의 신경 신호를 분석하거나 보다 정밀한 세포 치료제 개발에 활용될 수 있으리란 기대다.

(왼쪽에서부터) DGIST 로봇및기계전자공학과 최홍수 교수, (주)아임시스템 김은희 선임연구원 (사진=DGIST)

질환 등으로 손상된 세포나 신경망을 재건해 기능을 복원하는 것은 신경질환 치료나 표적 세포치료제 개발, 재상의학의 주요  과제이다.

최홍수 로봇및기계전자공학과 교수와 라종철 한국뇌연구원 책임연구원 공동연구팀은 쥐의 뇌 조직 속 해마 일차 신경세포에 초상자성 산화철 나노입자를 부착해 3차원 공 모양의 자성 신경 마이크로로봇(Mag-Neurobot)을 제작했다. 로봇 내부에는 자성 나노입자가 들어 있어 외부 자기장에 반응해 원하는 위치로 이동할 수 있게 했다.

자기장을 제어해 이 마이크로로봇을 쥐 해마 조직 절편에 이동시키자, 마이크로로봇에 포함된 세포들과 해마 조직 절편 속 세포들이 서로 구조적으로 신경돌기들을 뻗으며 연결됨을 관측했다.

마이크로로봇이 전달한 신경세포를 미세 전극 칩으로 자극하자 해마 조직 절편 내 신경세포를 통해 전기 신호가 정상 전파됐다. 마이크로로봇이 전달한 신경세포가 정상적인 전기생리적 특성을 가짐을 확인한 것이다.

자성 신경 마이크로로봇과 연결된 해마 조직 절편의 세포 염색 결과 (상, 좌), 마이크로로봇과 해마 조직으로부터 발생한 자발적 전기 신경 신호 측정 결과 (상, 우), 마이크로로봇 내 신경세포 자극을 통해 해마 조직 절편으로 전달된 신호의 순차적 전달결과 (하) (자료=DGIST)

마이크로로봇으로 신경세포를 전달해 정상적으로 인공 신경망을 형성하고 신경세포 전달체로 사용할 수 있음을 확인한 것이라고 연구진은 설명했다. 신경 재생 과정에서 일어나는 신경 활동을 분석할 수 있어 신경질환 및 세포치료제 관련 기초연구에 활용이 기대된다.

최홍수 교수는 "전기 생리학적 분석법으로 마이크로로봇과 쥐 뇌 신경 조직을 기능적으로 연결할 수 있음을 검증했다"라며 "향후 신경질환 및 세포치료제 분야에서 표적 정밀 치료의 검증을 위한 도구로 다양하게 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학난제도전협력지원단, 한국연구재단 및 과학기술정보통신부의 지원으로 수행됐으며, 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 최근 게재됐다.