중증 뇌질환 연구 위한 신경세포 전달 마이크로로봇
중증 뇌질환 연구 위한 신경세포 전달 마이크로로봇
  • 함예솔
  • 승인 2020.10.08 15:55
  • 조회수 811
  • 댓글 0
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DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수 연구팀이 체외 환경에서 원하는 위치에 정밀하게 신경세포를 전달해 신경망을 연결하는 신경세포 전달용 마이크로로봇을 개발했다고 밝혔습니다. 이번 연구 성과는 향후 중증 뇌질환인 치매나 뇌전증 등 다양한 신경계 질환 연구에 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 <Science Advances>에 게재됐습니다.

신경세포 전달 마이크로로봇 이미지. 마이크로로봇에 올려진 신경세포가 마이크로 패턴을 따라 배양되는 모습을 형광이미징으로 나타내고 있다. 출처: DGIST
신경세포 전달 마이크로로봇 이미지. 마이크로로봇에 올려진 신경세포가 마이크로 패턴을 따라 배양되는 모습을 형광이미징으로 나타내고 있다. 출처: DGIST

마이크로로봇, 치매, 뇌전증 등 신경계 질환 연구에  "큰 역할 기대"

 

인체 조직의 치료를 위해 약물 치료, 수술 등이 가능한 마이크로로봇 기술 연구가 각광받고 있습니다. 마이크로로봇은 외부 자기장을 통한 무선제어로 세포나 약물을 낭비 없이 정교하게 전달 가능합니다. DGIST 최홍수 교수 연구팀은 이러한 마이크로로봇의 장점을 활용해 신경세포 전달 및 신경망 연결이 가능한 플랫폼 개발에 성공했습니다.

신경세포 전달 마이크로로봇 이미지. 마이크로로봇에 올려진 신경세포가 마이크로 패턴을 따라 배양되는 모습을 형광이미징으로 나타내고 있다. 출처: DGIST
신경세포 전달 마이크로로봇 이미지. 마이크로로봇에 올려진 신경세포가 마이크로 패턴을 따라 배양되는 모습을 형광이미징으로 나타내고 있다. 출처: DGIST

연구팀의 마이크로로봇은 3D 레이저 리소그라피 3D 레이저 공정을 통해 300마이크로미터(1마이크로미터는 100만분의 1미터)의 길이로 제작됐고 로봇몸체에 신경세포를 배양할 수 있도록 5마이크로미터 사이즈 패턴의 홈을 만들었습니다. 구조체는 자기장 구동 및 생체적합성을 위해 니켈과 산화 티타늄 박막의 금속 증착 공정을 거쳤습니다.

  • 리소그라피 

100fs의 짧은 펨토초 펄스를 가지는 780nm파장의 레이저를 감광제에 조사해 노광하는 방식으로 마스크 없이 3D 구조를 가지는 정교한 구조물 제작이 가능한 공정입니다.

다중 전극 어레이(Microelectrode array, MEA)에 분리된 신경 네트워크 형성 후 세포 패턴 사이로 마이크로로봇 이송한 결과 및 자발적인 전기 생리학적 신경 활동 기록 결과. 출처: DGIST
다중 전극 어레이(Microelectrode array, MEA)에 분리된 신경 네트워크 형성 후 세포 패턴 사이로 마이크로로봇 이송한 결과 및 자발적인 전기 생리학적 신경 활동 기록 결과. 출처: DGIST

연구팀은 마이크로로봇의 신경망 연결 능력을 검증하기 위해 신경세포가 내는 전기신호 측정 시스템인 '다중 전극 어레이(Microelectrode array, MEA)' 칩 위에 각각의 해마 신경세포들을 따로 분리시켜 배양했습니다. 그리고 마이크로로봇 몸체에 해마 신경세포를 배양 후 칩 위의 해마 신경세포들을 연결하기 위해 마이크로로봇을 이동시켰습니다. 신경세포를 실은 마이크로로봇은 빠르게 움직여 분리된 신경세포들 사이를 연결했고 두 신경세포에서 오가는 전기신호를 확인했습니다. 이를 통해 원하는 패턴으로 신경망의 연결이 가능함을 최초로 확인했으며 다수의 신경세포를 연결해 생리학적 기능을 분석할 수 있음을 증명했습니다.

다중 전극 어레이(Microelectrode array, MEA)를 이용한 전기 자극으로 마이크로로봇이 없는 세포 패턴과 마이크로로봇으로 연결된 세포 패턴에서 전기 생리학적 신호 전파를 기록한 결과. 출처: DGIST
다중 전극 어레이(Microelectrode array, MEA)를 이용한 전기 자극으로 마이크로로봇이 없는 세포 패턴과 마이크로로봇으로 연결된 세포 패턴에서 전기 생리학적 신호 전파를 기록한 결과. 출처: DGIST

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수는 "이번 연구 성과는 마이크로로봇이 체외 신경세포를 원하는 방식으로 연결할 수 있어 다양한 신경계 질환 연구를 위한 기능적인 생체신호 분석이 가능하다"며 "신경세포의 전기생리학적 분석을 기반으로 하는 다양한 응용 연구에 활용 가능할 것으로 기대한다"고 밝혔습니다. 이어 "후속 연구를 진행해 마이크로로봇을 다양한 의공학적 용도로 활용할 수 있도록 노력하겠다"고 소감을 전했습니다. 

DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수(오른쪽), 제1저자 김은희 박사과정생(가운데), DGIST-ETH 마이크로로봇 연구센터 김진영 선임연구원(왼쪽). 출처: DGIST
DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수(오른쪽), 제1저자 김은희 박사과정생(가운데), DGIST-ETH 마이크로로봇 연구센터 김진영 선임연구원(왼쪽). 출처: DGIST

 


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