뇌 속 여러 신경전달물질 실시간 측정하는 브레인칩 나왔다

고려대 의대

(왼쪽부터) 조일주 고려대 의대 의과학과 교수, 채의규 박사 연구팀은 여러 종류의 신경전달물질을 실시간으로 동시에 측정할 수 있는 브레인칩을 개발하는 데 성공했다. 고려대 의료원 제공

국내 연구팀이 뇌 신호와 다양한 신경전달물질을 실시간으로 측정하고 분석할 수 있는 브레인 칩을 개발했다.

고려대는 조일주 의과대 의과학과 교수 연구팀이 여러 종류의 신경전달물질을 실시간으로 동시에 측정할 수 있는 브레인 칩을 최초로 개발하는 데 성공했다고 4일 밝혔다. 브레인칩은 뇌 신호를 읽거나 뇌에 전기적 자극을 주는 역할을 하는 장치다. 뇌 표면에 부착하거나 뇌 속에 삽입하는 방식으로 구현된다.

신경전달물질은 뇌가 동작하는 데 중요한 역할을 한다. 신경전달물질의 농도가 높거나 낮으면 뇌의 동작에 이상을 일으켜 파킨슨병, 조현병 등 다양한 뇌 질환이 발생한다. 

뇌 질환을 치료하기 위해서는 신경전달 물질의 농도를 정상범위로 만들어야 한다. 다양한 뇌 질환의 원인 규명 및 치료제 개발을 위해서는 뇌의 특정 영역에서 신경전달물질을 정밀 측정할 수 있어야 한다. 기존에는 이를 실시간으로 정밀하게 측정하는 것은 물론 다양한 신경전달물질을 동시에 측정하는 것도 쉽지 않아 여러 신경전달 물질 간의 상관관계를 밝히는 연구가 불가능했다. 

조일주 교수 연구팀은 마이크로 유체관이 형성돼 있어 뇌 속 림프액인 뇌척수액을 추출하고, 추출된 뇌척수액이 브레인 칩에 집적된 센서 어레이로 이동해 다양한 신경전달물질을 실시간으로 측정이 가능한 뇌 신호 측정 브레인 칩을 만들었다. 

연구팀이 제작한 브레인 칩은 기존의 뇌척수액 추출용 탐침보다 약 8배 정도 작은 0.1mm 크기로 제작돼, 뇌에 삽입될 때 조직손상을 크게 줄일 수 있다. 

연구팀은 쥐 실험에서 브레인 칩을 이용해 조현병과 관련된 뇌 영역인 전전두엽과 시상 영역 사이의 신경회로가 흥분성 글루탐산성(글루탐산 신경전달 시스템) 신경세포들을 통해 연결돼 있다는 것을 입증했다. 

연구팀은 “전전두엽을 자극할 때 시상 영역에 있는 아미노산 중 하나로 중추신경계에서 주요한 역할을 하는 신경전달물질인 글루탐산의 농도 증가를 측정했으며, 글루탐산성 신경세포들의 활성에 따른 신경신호 변화도 동시에 관찰할 수 있었다”고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '미국국립과학원회보(PNAS)'에 게재됐다. 

[안수연 기자 your@donga.com]