외부에서도 몸 속 신경망 연결 가능한 마이크로로봇 기술 개발

최홍수 교수 “신경망 연구 및 세포치료제 검증·분석 역할 기대”

탈체 상태 중 생체 외 환경에서 해마 조직 절편과 신경망 형성이 가능한 마이크로로봇이 개발됐다.

DGIST는 로봇및기계전자공학과 최홍수 교수팀이 한국뇌연구원 라종철 책임연구원팀과 공동연구를 통해 세포 전달 및 이식 과정 중 생체 외 환경에서 마이크로로봇을 이용해 구조적·기능적으로 연결된 신경망 분석이 가능함을 확인했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 신경망 연결을 실제 활용할 수 있도록 마이크로로봇을 활용한 연구를 수행했다. 마이크로로봇을 통해 탈체 환경에서 기능적으로 연결된 신경망 분석과 세포 전달이 가능하도록 개발하고자 했으며, 이를 위해 쥐의 뇌 조직을 이용해 실험을 수행했다.

이를 위해 우선 연구팀은 쥐의 뇌 조직 속 해마 일차 신경세포에 초상자성 산화철 나노입자(Iron oxide nanoparticles)를 부착시켜 3차원 구체(Spherical) 형상의 자성 신경 마이크로로봇(Mag-Neurobot)을 제작했다. 

로봇 내부에는 외부 자기장에 반응해 원하는 위치로 이동할 수 있도록 자성 나노입자가 포함돼 있는데, 생체적합성 확인을 통해 로봇의 자성이 신경세포 성장에 영향을 미치지 않음을 확인하면서 안정성 또한 검증했다.

그 결과, 연구팀은 자기장 제어를 이용해 마이크로로봇을 쥐 해마 조직 절편으로 이동시키고, 면역 형광염색법을 통해 마이크로로봇에 포함된 세포들과 해마 조직 절편 내 세포들이 서로 구조적으로 신경돌기들을 뻗으며 연결돼 있음을 관측했다.

또한, 마이크로로봇을 통해 전달된 신경세포가 정상적으로 전기생리적 특성을 가지는지 측정하기 위해 미세 전극 칩(Microelectrode array, MEA)으로 마이크로로봇 속 신경세포를 자극했고, 해마 조직 절편 내 신경세포들을 통해 전기 신호가 정상 전파됨을 검증했다. 

이를 통해 마이크로로봇으로 전달된 신경세포가 기능적으로도 쥐의 해마 조직 절편 내 세포들과 신경망을 형성할 수 있고, 인공 신경망 형성 및 신경세포 전달체로서의 역할을 할 수 있음을 최종적으로 확인했다.

최홍수 교수는 “전기 생리학적 분석법으로 마이크로로봇과 쥐 뇌 신경 조직이 기능적으로 연결할 수 있음을 검증했다”라며, “이번 연구로 개발된 기술이 향후 신경질환 및 세포치료제 분야에서 표적 정밀 치료의 검증을 위한 도구로 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학난제도전협력지원단과 한국연구재단 및 과학기술정보통신부의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 최고 권위 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, JSR IF 32.086, 분야 상위 2.1%)’에 지난 2월 15일 온라인 게재됐다.