브레인칩 하나로 생쥐 조종한다

뇌 신호 실시간 관측도 가능.."뇌질환 치료제 효과 분석 기대"

약물 전달와 뇌신호 측정이 동시에 가능한 무선 다목적 브레인칩과 이를 장착한 생쥐 사진. 고려대 의대 제공

생쥐 뇌에 약물을 투여해 행동을 제어하면서 뇌 신호까지 실시간으로 관측하는 칩이 개발됐다. 뇌질환 치료제의 효과를 다각도로 분석하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

조일주 고려대 의대 의과학과 교수 연구팀은 행동 제어와 뇌 신호 측정이 동시에 가능한 무게 4.6g의 초경량 브레인칩을 개발했다는 연구결과를 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 21일 온라인 공개했다고 27일 밝혔다.

개발한 칩은 미세 유체채널이 형성된 브레인칩 형태다. 여기에는 정밀한 투여량 조절이 가능한 초소형 펌프가 달려있다. 칩 안에는 뇌신호 측정용 전극도 집적돼 있어 약물에 반응하는 뇌 신호에 대한 정밀 측정이 가능하다. 

연구팀은 “기존에는 외부 펌프를 이용해 약물을 주입한 후 뇌 신호나 행동 변화를 관찰할 수 밖에 없어 약물을 정밀하게 조절하거나 실시간으로 행동을 제어하기 어렵다는 한계가 있었다”고 설명했다. 

연구팀은 약물 펌프와 초소형 약물 펌프를 스마트폰 애플리케이션(앱)과 연결했다. 앱을 통해 약물 투어를 무선으로 제어하는게 가능하다. 무선 연결된 노트북에서는 실시간으로 뇌 신호 데이터를 수집한다. 자유롭게 움직이는 상태에서도 약물을 투여하고 이에 반응하는 뇌 신호를 읽을 수 있게 된 것이다. 

연구팀은 “블루투스 무선 통신을 적용해 여러 마리 동물의 뇌에 동시 약물 투여와 뇌신호 읽기가 가능했다”며 “실제 개발한 칩으로 약물을 투여해 반복 행동을 유도하거나 식욕 억제가 가능함도 확인했다”고 말했다.

조일주 교수는 “뇌질환 메커니즘 규명과 치료제 개발에 매우 유용한 도구가 될 것”이라고 밝혔다. 

조일주 고려대 의대 의과학과 교수, 신효근 한국과학기술연구원(KIST) 뇌과학연구소 박사후연구원과 윤유상 박사후연구원. 고려대 의대 제공

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]