“수술없이 바늘로 '뽁'”...쌀알만 한 '뇌 센서'로 뇌 건강 모니터링

중국 연구팀이 개발한 하이드로겔 뇌 센서. 사진=중국 화중과기대학교 탕 한추안/장 지안펑

수술 없이 바늘로 찔러넣어 뇌 건강을 모니터링할 수 있는 '뇌 센서'가 개발됐다.

5일(현지 시각) 중국 화중과기대학교의 장 지안펑 연구팀은 두개내 신호를 무선으로 모니터링할 수 있는 '주입식 초음파 센서'를 개발했다며 관련 연구 결과를 국제학술지 네이처에 게재했다.

연구팀이 개발한 센서는 가로·세로·높이 모두 2mm인 작은 하이드로겔(메타겔) 센서다. 손가락 끝에 올리면 티끌처럼 보일 정도로 매우 작기 때문에 주삿바늘로 삽입할 수 있다.

하이드로겔 센서 전체에는 음향 반사 스펙트럼을 만드는 공기 기둥이 일정한 간격으로 배치돼 있다. 이식된 하이드로겔은 압력이나 온도와 같은 환경에 따라 모양이 미묘하게 변형되기 때문에 초음파를 쏴 변형된 형태를 확인하고, 뇌 건강을 모니터링할 수 있다는 설명이다.

장 연구원은 “전선이나 전자제품은 필요없다”며 “하이드로겔이 반사를 변화시키는, 일종의 '작은 음향 거울' 역할을 하는 것”이라고 말했다.

연구팀은 이에 앞서 동물 실험을 진행했다. 하이드로겔 센서를 쥐와 돼지의 뇌에 주입한 결과, 압력, 온도, pH(산성도) 수준 및 근처 혈관의 유속을 측정할 수 있었다고 전했다.

이전에 뇌 건강 모니터링에는 유선 장치가 제한적으로 사용됐다. 뇌의 상태를 정확히 알 수 있다는 장점이 있지만, 이동성에 제한이 있고 삽입과 제거 과정에서 감염 위험도 크다는 문제점이 있다.

연구팀은 하이드로겔 센서의 경우 한 번의 주사로 삽입할 수 있고, 4~5주 안에 물과 이산화탄소로 분해되는 비교적 무해한 성분이기 때문에 덜 침습적인 방법이라고 설명했다. 또한 동물 실험에서 유선 프로브와 비슷한 결과를 도출했다고 덧붙였다.

다만 아직 안정성은 확인되지 않았다. 실험에 참여하지 않은 미국 유타대학교의 쥘 마그다 교수는 “(하이드로겔 센서는) 내가 아는 한, 어떤 수술도 없이 신체 내의 상태를 모니터링할 수 있는 최초의 무선 센서”라고 평가하면서도 “센서를 뇌에 주입하기 위해서는 굵은 바늘이 필요하고 여전히 고통과 불편을 야기한다. 또한 용해된 하이드로겔이 무독성인지 확인해야 한다”고 지적했다.

장 연구원은 동물 실험에서 쥐들이 센서 주입과 분해 후 뇌 조직의 부종이나 면역 세포 축적을 겪지 않았다고 설명했지만, 안정성을 확인하기 위해 더 큰 동물을 대상으로 장 기간 진행되는 실험이 필요하다고 인정했다.

서희원 기자 shw@etnews.com