실험쥐 뇌에 LED칩 삽입해 코카인중독 치료했다

빛으로 뇌신경세표 치료하는 무선이식장치
KAIST 정재웅 교수-연새대 김정훈 교수 공동개발
뇌 속에 완전 이식해 무선으로 충전·제어하며 치료
코카인에 중독된 실험쥐에 이식해 중독행동 제어

KAIST 정재웅 교수-연새대 김정훈 교수 공동 개발한 뇌 이식용 무선 디바이스를 스마트폰 앱으로 마이크로 LED를 제어할 수 있다. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 빛으로 뇌 신경세포를 치료하는 장치를 개발했다. 이 장치는 무선으로 충전하고 제어가 가능해 머리속에 이식한 뒤 추가적인 수술없이도 장기간 사용이 가능하다.

연구진은 이번 개발 기술이 장기간에 걸친 동물 실험이 필요한 뇌 기능 연구에 도움이 될 것이라고 설명했다. 뿐만 아니라 향후 인체에 적용돼 중독과 같은 정신질환 및 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌 질환 치료에도 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 정재웅 교수팀이 연세대 의대 김정훈 교수팀과 공동 연구를 통해 뇌 완전 이식형 무선 광유전학 기기를 개발했다고 26일 밝혔다.

광유전학은 빛을 이용해 목표로 하는 특정 신경세포만을 선택적으로 정교하게 제어할 수 있다는 점에서, 뇌 기능을 밝히고 각종 뇌 질환을 치료할 해결책으로 뇌과학 및 신경과학 분야에서 주목받고 있다.

연구진은 배터리의 무선 충전과 디바이스의 무선 제어를 가능하게 만드는 무선 회로를 개발해 마이크로 LED 기반의 탐침과 결합했다.

연구진은 이 기기를 실험쥐 뇌에 삽입, 두피 안으로 완전히 이식했다. 이후 쥐가 자유롭게 움직이는 상태에서 배터리가 자동으로 무선 충전되는 것을 확인했다.

또한 중독성 약물인 코카인에 반복적으로 노출된 실험쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달했다. 실험쥐의 특정 뇌 부위에 무선으로 빛을 전달해 코카인에 의한 중독 행동을 제어했다.

KAIST 정재웅 교수-연새대 김정훈 교수 공동 개발한 뇌 이식용 무선 디바이스. LED 탐침이 쥐의 뇌에 삽입된 상태로 두피 안에 완전히 이식했다. KAIST 제공

이 기기는 동물이 자유롭게 움직이는 상태에서도 배터리의 무선 충전이 가능하다. 또한 스마트폰 앱을 통해 광자극을 무선으로 제어할 수 있는 무게 1.4g의 뇌 완전이식형 장치를 만들었다.

뿐만아니라 이 장치가 생체 이식 후 주변 조직 손상을 방지하기위해 부드러운 생체적합성 소재로 감싸 생체조직과 같이 부드러운 형태가 되도록 개발했다.

정재웅 교수는 "이 기술은 뇌 이식용 기기뿐 아니라 인공 심박동기, 위 자극기 등 다양한 생체 이식용 기기에 범용적으로 적용될 수 있다"고 말했다.

이번 연구 결과는 KAIST 전기및전자공학부 김충연 박사과정, 연세대 의대 구민정 박사과정 연구원이 공동 제1 저자로 참여해 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 22일자에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자