"머리카락 두께 브레인칩에 카메라 달았다" 전기·광학신호 동시 측정

- 두꺼운 광섬유 대신 카메라 단위소자를 머리카락 두께 브레인칩에 집적

실제 살아있는 생쥐의 뇌회로에서 세포 종류별 활성도를 측정하기 위해 이미지 센서가 집적된 브레인칩을 시스템 수준으로 집적된 사진. 쥐에서 사용하기 위해 소형의 집적된 시스템을 구현.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 신경세포의 전지적 활성을 측정하는 브레인칩에 초소형 카메라 소자 기능을 더했다. 이를 통해 뇌의 여러 곳에서 특정 종류의 세포만을 찾아내고 정밀하게 측정할 수 있게될 전망이다.

한국연구재단은 한국과학기술연구원(KIST) 조일주 박사 연구팀이 신경활성을 측정하는 브레인칩에 카메라의 단위소자인 포토다이오드를 고밀도로 집적, 세포 특이적인 형광신호를 전기신호와 함께 측정할 수 있는 머리카락 두께 크기의 브레인칩을 제작했다고 12일 밝혔다.

기존에도 0.5mm 굵기의 광섬유로 뇌 피질이나 해마 등 뇌 표면 근처 부위를 시각화할 수는 있었다. 하지만 빠르게 변하는 전기적 신호와 반응이 느린 형광신호를 동시에 측정하기는 어려웠다. 크기 때문에 뇌 심부를 측정하거나 뇌의 여러 부위를 동시에 측정하는 데도 어려움이 있었다.

연구팀은 미세유체공학 및 반도체 기술을 이용해 기존 전기신호 측정용 브레인칩에 카메라 단위소자인 포토다이오드를 집적시키는 데 성공했다. 기존 광섬유 대비 약 30배 작아진 셈이다.

전기적 신호를 측정하면서 해당 신호를 보이는 세포의 위치와 세포 종류 정보를 세포 특이적 형광신호를 통해 동시에 얻을 수 있게 됐다. 특히 어레이 형태로 제작해 뇌의 여러 부위에서 동시에 측정할 수 있다는 설명이다.

형광신호와 전기신호를 동시에 측정하기 위해 이미지 센서와 전극이 고밀도로 집적된 브레인 칩 모식도. 탐침(그림에서 칼처럼 보이는 부분)이 뇌 내부로 삽입되고 탐침에 집적된 이미지 센서와 전극이 신경 활동을 형광 및 전기신호로 동시에 측정.[KIST 제공]

실제 제작한 브레인칩을 쥐의 기억을 담당하는 해마 부위에 이식해 광자극을 주면서 여러 종류의 세포 중 흥분성 세포의 빠르게 변하는 활성도를 정밀하게 측정할 수 있음을 확인했다.

조일주 박사는 “제작된 브레인칩이 신경세포 종류별 역할을 규명하는데 기여함으로써 특정 질환에 관여하는 뇌회로와 특정 세포를 자극하는 전략을 위한 기초자료가 될 것으로 기대한다”고 말했다.

한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 11월 19일자로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com