초소형 뇌 내시경과 결합한 브레인칩 플랫폼 개발

- 한국뇌연구원 추남선 박사 국제학술지 발표, 신경회로 다각도 측정 용도
- 약물중독 모델 등 신경회로 정밀 분석해 뇌질환 치료기술 개발 기대
 
  ▲ (뒷줄) 좌측부터 구자욱 박사, 추남선 박사
    (앞줄) 좌측부터 김정섭 박사후연수연구원, 은종희 박사후연수연구원

한국뇌연구원은
정서 · 인지 질환 연구그룹의 추남선 박사 연구팀이
소동물의 신경에서 실시간 신경 활성을 형광 신호로 측정하기 위한
초소형 뇌 형광 내시경 시스템에
전기적 신경신호 측정 기능을 결합한
다기능 브레인칩 플랫폼을 개발했다고
26일 밝혔다.


과학자들은
뇌 기능을 심도 있게 이해하기 위해
행동에 제약이 적으면서 신경세포의 종류별 신경 활성을 측정할 수 있는
초소형 형광 뇌 내시경 시스템(micro-endoscope)*을 이용하였다.

이러한 시스템은
현미경과 같은 시야를 가지고 있으면서
살아있는 쥐에서 신경 활동의 실시간 기록이 가능하다.
하지만 신호의 반응이 느린 형광 신호를 이용하기 때문에
신경회로 활성의 실시간 분석이 제한적이다.

이 때문에 행동에 따른 신경 활동의 실시간 분석을 위해서는
전기적 신경신호의 측정이 필수적이다.
기존에 초소형 형광 내시경 시스템은 그 구조와 무게가 커
신경 활동을 측정하기 위한 신경전극과 집적에 제한이 있었다.

* micro-endoscope
 : 쥐의 행동에 제약을 주지 않고 뇌 심부/표면에서
   단일 신경세포 수준의 형광신호를 실시간으로 관찰 할 수 있도록 설계된
  초소형 현미경 시스템



추남선 박사 연구팀은
신경세포의 활동을 다각적으로
높은 시공간적 해상도로 측정하기 위해
초소형 뇌 형광 내시경 시스템과
뇌 표면에서 전기신호를 측정하는데 쓰는
투명하고 유연한 ECoG 전극 배열체*를 초소형 모듈로 결합한
‘ECoGScope(ECoG 전극 배열체와 micro-endoscope의 합성어)’ 플랫폼을
개발하였다.

* ECoG 전극 배열체
 : 뇌의 전기 신호를 측정하기 위해 뇌 표면(Cortex)에 직접 부착하는 전극 배열


연구팀은 ‘ECoGScope’ 플랫폼이
초소형 및 초경량으로 설계돼
생쥐와 같은 소형 실험동물의 뇌신경에 부착해도
행동에 미치는 영향이 매우 낮고,
높은 정밀도로 신경신호를 측정할 수 있다고 설명하였다.


연구팀이 ECoGScope 플랫폼을
생쥐의 뇌 시각피질(visual cortex) 및
감각 피질(sensory cortex)에 삽입하여
빛과 통증에 따라 나타나는 신경회로의 활성도를
정밀하게 측정할 수 있음을 확인하였다.


또한,
코카인에 중독된 동물모델에 이 시스템을 적용하여
중독 상태에서 신경회로의 변화를
전기 및 형광 신호로 동시에 기록하고 통합적으로 분석하여
중독 현상을 심도 있게 이해할 수 있게 되었다.


교신저자인 추남선 박사는
“이번에 개발한 ECoGScope 플랫폼은
중독, 우울증 등
다양한 정서 · 인지 질환 동물모델의 신경회로 분석 연구에
광범위하게 활용할 수 있다”면서,

“뇌질환 기전 규명,
신경회로 기반 진단기법 개발 및 새로운 치료제 개발에
큰 도움이 될 것”이라고 말했다.


한국뇌연구원 
은종희 · 김정섭 박사후연수연구원(포스트닥)이 제1저자,
구자욱 박사가 공동 교신저자로 참여한 이번 연구는
국제학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’ 최신호에 게재되었다.


 
* (논문명) ECoGScope: An integrated platform for real-time Electrophysiology and fluorescence imaging
* (저 자) 은종희(제1저자), 김정섭(제1저자), 김태은, 구자욱(교신저자), 추남선(교신저자)