바이오인

사이보그 올챙이를 통한 신경 발생 연구

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 25-42

◆︎  뇌신경 추적 및 재생 연구에 강력한 도구로 활용될 수 있는 뇌 이식 바이오전자 기술에 관한 연구결과 발표

○ 신경계는 발생 과정 중 급격한 형태학적 변화를 겪으며 2차원 신경판에서 3차원의 복잡한 뇌 구조로 재구성

- 이 과정에서 개별 뉴런 단위의 전기 활동을 장기적이고 고해상도로 추적하는 것은 기존 기술로는 매우 어려운 과제로 남아 있는 상태

- 특히 성체 뇌에 전자소자를 이식할 경우, 조직 손상이 불가피하며, 전기-기계적 불일치로 인해 생체적합성과 장기 안정성 확보에 한계가 존재

※ 기존의 영상기법(fMRI, 칼슘/전압 이미징 등)은 공간적·시간적 해상도 또는 조직 투과성의 한계로 인해 비침습적이면서도 세포 수준에서의 신경 활동 추적에 제약

※ 반면, 미세전극을 통한 직접적인 전기 기록은 고해상도 측정이 가능하나 성체 조직 내 삽입 시 신경 손상과 이물 반응을 유발하여 장기적 활용이 어려움

○ 연구진은 올챙이를 모델로 이용하여 장기적이고 안정적인 신경 기록 시스템을 개발하고자 연구

- 개구리(Xenopus laevis)와 도롱뇽(axolotl) 배아를 사용하여 신경 발달 전체 과정에 걸쳐 뉴런 단위 전기 활동을 기록할 수 있는 초연성 메쉬 전자소자를 개발하고자 시도

- 조직 손상 없이 뇌 구조에 통합되어 행동 및 발달에 영향을 미치지 않는지 생체적합성을 검증하고, 외상(꼬리 절단)에 따른 신경 반응 추적 및 전기 자극을 통한 조직 재생 조절 가능성 탐색

◆︎ 먼저 연구팀은 신경판 내에 손상 없이 통합 가능한 PFPE-DMA 메쉬 구조의 전자소자를 설계

○ 1μm 두께의 PFPE-DMA 메쉬 전자소자는 금(Au)으로 이루어진 신축성 있는 전극 리본과 백금(Pt) 전극을 포함

- 전극은 조직과 유사한 탄성을 가지도록 설계되어 신경판에 손상 없이 통합할 수 있도록 제작하였으며, 포토리소그래피 및 e-beam 리소그래피를 통해 고밀도 32채널 배열 구현

< PFPE-DMA로 캡슐화된 메쉬 전자장치 구조도 및 제조과정 >

출처 : Nature, Brain implantation of soft bioelectronics via embryonic development, 2024.6.11.