고려대학교 의과대학 조일주 교수팀이 여러 종류의 신경전달물질을 실시간으로 동시에 측정할 수 있는 브레인칩을 개발했다.
신경전달물질은 뇌(腦) 동작에 중요한 역할을 수행하고 있으며 농도가 낮거나 높으면 뇌 동작에 이상을 일으켜 다양한 뇌질환이 발생한다.
세로토닌 농도가 낮으면 우울증 증상이 나타나거나 뇌의 특정 영역에서 도파민 농도가 높거나 낮으면 파킨슨병 및 조현병이 발병한다.
이러한 뇌질환을 치료하기 위해서는 신경전달 물질 농도를 정상범위로 만들어줘야 하며, 신경전달물질은 뇌질환 치료제로도 사용된다.
다양한 뇌질환의 원인 규명 및 치료제 개발을 위해서는 뇌 특정 영역에서 신경전달물질을 정밀하게 측정할 수 있어야 하지만 기존에는 실시간으로 정밀하게 측정하기 어려웠다.
조일주 교수팀이 개발한 브레인칩은 뇌 특정 영역에 삽입돼 신경전달물질뿐만 아니라 동시에 뇌신호 측정도 가능하다.
브레인칩에는 마이크로 유체관이 형성돼 있어 뇌척수액을 추출하고, 추출된 뇌척수액은 브레인칩에 집적된 센서 어레이로 이동해 다양한 신경전달물질을 실시간으로 측정할 수 있다.
제작된 브레인칩은 기존의 뇌척수액 추출용 탐침보다 약 8배 정도 작은 0.1mm 크기로 제작돼 뇌에 삽입될 때 조직손상을 크게 줄일 수 있다.
또한 브레인 칩을 이용해 조현병과 관련된 뇌 영역인 전전두엽과 시상 영역 사이 신경회로가 흥분성 글루탐산성 신경세포들을 통해 연결돼 있음을 동물실험로 입증했다.
전전두엽 자극시 시상 영역에 있는 글루탐산 농도 증가를 측정했으며, 글루탐산성 신경세포들의 활성에 따른 신경신호 변화도 동시에 관찰할 수 있었다.
조일주 교수는 “뇌 질환과 관련된 신경전달 물질을 규명하고, 치료제를 개발하는 과정에서 매우 유용한 도구가 될 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 국제학술지 ‘Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS, IF=12.78)에 게재됐다.
박대진 기자 (
