MRI에서 안정적 사용 가능한 새로운 뇌 이식 전극 장치 개발

파킨슨병, 뇌졸중에 안전하고 MRI 촬영 가능한 전극 장치 개발,
화합물 ‘에틸렌글리콜’ 특수 처리로 반도체 공정 수준으로 만들어,
MRI 촬영 어려웠던 금속 소재 기반 기존 의료장치 한계 극복

차명훈 연세대 의대 생리학교실 교수와 유기준 전기전자공학부 교수팀이 전기전도성이 높아 전기적 신경 조절이 가능하면서 자기공명영상(MRI) 촬영 시 안전한 새로운 유기 반도체 물질 소재 전기 자극(MRI-compatible PEDOT)을 개발했다./세브란스

국내 연구진이 파킨슨병, 뇌졸중 등 다양한 신경 질환에 사용할 수 있는 안전하고 정밀한 이식형 장치를 개발했다.

연세대 세브란스는 차명훈 연세대 의대 생리학교실 교수와 유기준 전기전자공학부 교수팀이 전기 전도성이 높아 전기적 신경 조절이 가능하면서 자기공명영상(MRI) 촬영 시 안전한 새로운 유기 반도체 물질 소재 전기 자극(MRI-compatible PEDOT)을 개발했다고 1일 밝혔다.

파킨슨병 등 신경퇴행성질환이나 뇌졸중 같은 뇌 질환은 신경세포의 비정상적인 활동으로 발생한다. 기존 약물 치료로는 병의 진행을 늦출 뿐 근본적인 치료는 어렵다. 최근에는 손상된 신경 회로에서 신경세포의 활동을 관찰하면서 정밀하게 조절하는 전기 자극 장치를 뇌 부위에 삽입하는 외과 수술도 하고 있다. 하지만 지금 쓰고 있는 삽입형 전기 자극 장치는 금속 소재로, 강한 자기장을 사용하는 MRI 촬영은 불가능하다는 한계가 있다.

전기가 흐르는 생체 친화적 고분자 소재(PEDOT:PSS)를 이용해 이런 문제를 해결했다. 원래 이 소재의 전기 전도성이 낮다는 한계를 극복하기 위해 에틸렌글리콜을 특수 처리해 반도체 공정 수준의 미세한 전도성 생체 전극을 개발했다. 즉, 전기적 신경 조절이 가능하면서도 MRI에서도 안정적으로 촬영이 가능해진 셈이다.

실제로 MRI 촬영해 비교한 결과 기존 전극 장치는 MRI의 높은 자기장 때문에 이미지 변성이 일어나 결과물을 확인할 수가 없었다. 하지만 연구진이 이번에 개발한 새로운 전극 장치를 이용한 결과 선명한 결과물을 얻었다.

연구진은 또한 동물모델의 뇌 피질에 새로 개발한 전극 장치를 이식한 결과 즉각적이고 효과적인 신경 조절이 가능함을 확인했다. 또한 뇌의 미세한 활성 신호를 감지할 수 있었다.

차명훈 교수는 “이번 연구 결과를 통해 기존 신경 임플란트 환자의 의료 영상 촬영 시 발생할 수 있는 잠재적 위험을 제거함은 물론 신경 조절 치료의 가능성을 확인할 수 있었다”며 “파킨슨과 뇌졸중 등 신경퇴행성 질환 치료에도 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이 연구 결과는 지난달 27일 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 실렸다.

차명훈 연세대 의대 생리학교실 교수와 유기준 전기전자공학부 교수팀이 개발한 유기 반도체 물질 소재 전기 자극(MRI-compatible PEDOT)을 만드는 과정./세브란스

참고 자료

Advanced Functional Materials(2023) DOI: 10.1002/adfm.202310908

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