KAIST와 DGIST 등이 아세틸콜린 감지 센서에 빛 자극 기능과 소형 무선 계측 기술을 접목한 이식형 신경칩을 개발했다.
한국과학기술원 기계공학과 장경인 교수 연구팀은 기억과 학습에 관여하는 신경전달물질인 아세틸콜린의 변화를 뇌 안에서 측정할 수 있는 장치를 구현했다고 27일 밝혔다.
아세틸콜린은 신경세포 간 정보 전달에 중요한 역할을 한다. 알츠하이머병 치료제인 도네페질은 아세틸콜린을 분해하는 효소를 억제해 신경전달물질의 작용 시간을 늘리는 방식으로 효과를 낸다. 약물을 투여한 뒤 뇌의 특정 영역에서 아세틸콜린이 어떻게 변화하는지 관찰하면 약물의 작동 원리를 파악하는 데 도움이 된다.
연구팀은 DGIST, 한국뇌연구원, 한국생명공학연구원과 함께 개발한 칩을 미니돼지의 전전두피질에 이식했다. 이후 도네페질을 투여하고 해당 부위에서 발생하는 아세틸콜린 신호를 무선으로 수집했다. 전전두피질은 판단력과 주의력, 기억 등 다양한 인지 기능을 담당하는 영역이다.
실험 결과 약물 투여 뒤 아세틸콜린 신호가 높아진 다음 점차 원래 수준으로 돌아가는 흐름이 확인됐다. 이는 뇌 특정 부위에서 발생하는 화학적 변화를 외부에서 지속적으로 추적한 사례다.
개발된 칩은 신경전달물질을 측정하는 동시에 빛을 활용해 신경세포를 자극할 수 있다. 별도로 진행한 생쥐 실험에서는 칩에 탑재된 초소형 LED를 켜자 아세틸콜린 신호가 증가하는 현상도 관찰됐다.
연구진은 이 기술이 뇌 질환 치료제의 작용 과정을 분석하는 데 활용될 수 있다고 설명했다. 약물의 투여량이나 투여 주기를 달리했을 때 신경전달물질 반응이 어떻게 달라지는지 비교하는 연구에도 적용 가능할 것으로 기대된다.
연구진은 뇌 속 상태를 측정한 뒤 그 결과에 맞춰 자극을 조절하는 기술로 발전할 기반을 확보했다며, 향후 치료제의 뇌 작용을 분석하고 개인별 뇌 상태에 적합한 자극 방식을 찾는 데 활용할 수 있을 것이라고 밝혔다.
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