IBS, 살아있는 동물 뇌 관찰 가능한 `뇌 창문` 개발

↑ 동물 뇌에 장착된 소프트 두개골 윈도우 모식도 <사진 = 기초과학연구원>

국내 연구팀이 살아있는 동물 뇌를 관찰·실험하는데 사용할 수 있는 두개골 대용물인 ‘소프트 윈도’를 개발했다.
뇌 연구를 위해선 살아있는 동물의 뇌 활동을 관찰하는 과정이 필수적이다. 포유류 등 대부분의 동물의 뇌는 두개골로 덮여 있어 뇌를 관찰하려면 뇌를 덮고 있는 피부와 뼈를 제거해줘야한다. 수술로 만든 작은 구멍을 유지하고 뇌를 보호하기 위해 뼈를 대신해 투명한 대용물을 사용하는데 이를 ‘두개골 윈도’라고 한다. 뇌를 들여다볼 수 있는 창문을 달아준 셈이다.
두개골 윈도는 주로 커버글라스 소재를 사용해 만들었다. 문제는 단단한 재질로 인해 뇌를 관찰할 수는 있어도 뇌에 직접 자극을 주거나 시술을 하는 것이 불가능했다는 점이다.
김성기 기초과학연구원(IBS) 뇌과학 이미징 연구단장 연구팀은 뇌를 관찰하면서도 동시에 뇌혈관이나 뇌세포 등에 직접 접근할 수 있는 새로운 두개골 대용물 개발에 나섰다. 연구팀은 실리콘 계열의 투명한 소재인 폴리디메틸실록산(PDMS)을 소재로 뇌혈류 자극기를 개발·연구하던 중 PDMS의 투명성, 유연성, 생체친화적 특성을 이용해 ‘소프트 두개골 윈도(소프트 윈도)’ 수술에 성공했다.
연구팀은 녹색 표지 형광 쥐를 이용해 소프트 윈도를 수술해준 생쥐의 대뇌피질을 선명하게 볼 수 있다는 것을 확인했다. 마취 상태가 아닌 각성 상태의 생쥐 뇌를 대상으로 1시간 이상 혈류의 흐름을 관찰하기도 했다. 소프트 윈도의 높은 생체 적합성과 이미징 안정성이 증명된 것이다. 연구결과는 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠’ 온라인판에 10일 게재됐다.
소프트 윈도의 강점은 약물을 직접 주입하거나 전극을 원하는 위치에 꽂아 신경 전기 신호를 측정할 수 있다는 것이다. 뇌에 꽂은 피펫이나 전극을 제거하는 과정에서 뇌척수액이 새지 않아 여러번 삽입도 가능하다.
PDMS는 2~3시간이면 실험실에서 간단히 만들 수 있고 실험 목적에 따라 다양한 크기로 만들수도 있다. 소프트 윈도는 현재 국내 특허 등록이 됐고 미국 특허 출원을 준비하고 있다. 이번 연구는 광유전학 분야와 함께 뇌 기능에 대한 심층적인 연구를 가능하게 하고 퇴행성 뇌질환과 난치성 뇌질환을 이해하는데 획기적인 기회를 제공할 것으로 기대된다.
[이영욱 기자]