“알츠하이머 약물 반응, 뇌에서 직접 본다”…무선 신경칩 개발

KAIST 공동 연구팀이 알츠하이머 치료제 투여 후 뇌에서 일어나는 신경전달물질의 변화를 실시간으로 관찰할 수 있는 무선 신경칩을 개발했다.

KAIST는 27일 기계공학과 장경인 교수 연구팀이 대구경북과학기술원(DGIST), 한국뇌연구원(KBRI), 한국생명공학연구원(KRIBB)과 공동으로 이식형 신경칩을 개발했다고 밝혔다. 이 칩은 신경전달물질인 '아세틸콜린' 감지 센서와 광자극 소자, 무선 측정 기술을 통합했다.

아세틸콜린은 신경세포 간 신호를 전달하며 기억과 학습에 중요한 역할을 한다. 알츠하이머 치료제인 도네페질은 아세틸콜린 분해 효소를 억제해 이 신경전달물질이 더 오래 활성화되도록 돕는다.

연구팀은 미니돼지의 전두엽 피질에 신경칩을 이식하고 도네페질을 투여한 뒤 아세틸콜린 신호를 무선으로 측정했다. 그 결과 약물 투여 후 아세틸콜린 신호가 증가했다가 점차 기준선으로 돌아오는 것을 확인했다.

센서 기술의 핵심은 다공성 키토산과 은-백금 나노와이어를 결합한 감지층이다. 이 구조는 아세틸콜린 효소 반응으로 생성된 과산화수소를 전기 신호로 변환한다. 또한 칩 양면에 각각 효소가 있는 전극과 없는 전극을 배치해 다른 분자의 간섭을 최소화했다.

연구팀은 별도 실험에서 유전자 변형 쥐를 이용해 칩에 통합된 마이크로 LED로 빛 자극을 주면 아세틸콜린 신호가 증가하는 것도 확인했다.

이번 기술은 뇌 질환 약물이 뇌에서 어떻게 작용하는지 연구하는 데 도움을 줄 수 있다. 특히 약물 투여량이나 간격에 따른 신경전달물질 반응을 비교하는 데 활용될 수 있다.

다만 이번 연구는 동물 뇌에서 신경전달물질 변화를 측정한 것으로, 알츠하이머병에 대한 치료 효과나 기억력 개선을 입증한 것은 아니다. 인체 적용을 위해서는 장기적 안전성 등에 대한 추가 검증이 필요하다.

장경인 교수는 "이번 연구는 뇌의 변화를 관찰하고 그 반응에 맞춰 자극을 조절하는 기술의 토대를 마련했다"고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 '디바이스(Device)'에 지난 14일 게재됐다. 연구팀은 교원 창업 기업인 '엔사이드'를 통해 기술 상용화를 추진할 계획이다.