살아있는 동물의 뇌를 관찰하고 실험할 수 있는 물질이 개발됐다.
기초과학연구원(IBS)은 김성기 뇌과학 이미징 연구단 단장과 서민아 연구위원, 허채정 연구원이 유연한 PDMS(Polydimethylsiloxane) 소재의 뇌혈류 자극기를 개발해 연구하는 과정에서 장기간 뇌의 안정적인 상태를 유지하며 이미징할 수 있는 ‘폐쇄형 소프트 두개골 윈도(이하 소프트 윈도) 수술에 성공했다고 12일 밝혔다.
뇌 연구를 위해서는 살아있는 동물의 뇌 활동을 관찰하는 과정이 필요하다.
그러나 포유류를 포함한 대다수의 동물의 뇌는 두개골로 덮여있어 직접 관찰하기 위해선 외과 수술로 뇌를 덮고 있는 피부와 뼈를 제거해야만 한다.
이 때 수술로 만든 작은 구멍을 유지하고 뇌를 보호하기 위해 두개골 대용물을 사용하는데 이를 ‘두개골 윈도’라 한다.
기존에는 주로 커버 글라스(cover glass) 소재로 두개골 윈도를 제작했다.
커버 글라스 소재는 단단한 재질 탓에 뇌에 직접 자극을 주거나 시술을 하는 것은 불가능했다.
따라서 뇌를 이미징하고 뇌혈관이나 뇌 세포 등에 직접 접근할 수 있는 새로운 차원의 두개골 대용물 개발이 필요했다.
연구팀이 이를 해결하고자 사용한 PDMS 소재는 투명성, 유연성, 생체친화인 특성을 갖는다.
PDMS 소재로 만들어진 소프트 윈도는 장기간 깨끗하고 투명한 상태가 유지될 수 있었다.
연구팀은 녹색 표지 형광 쥐를 이용해 생체내 2광자 현미경 이미징으로 생쥐의 대뇌 피질 제 5층까지 도달되는 깊이인 600㎛ 정도까지도 선명하게 이미징할 수 있음을 확인했다.
또 마취 상태가 아닌 각성 상태의 생쥐 뇌를 1시간 이상 혈류 이미징해 소프트 윈도의 높은 생체 적합성과 이미징 안정성을 증명했다.
소프트 윈도의 가장 큰 장점은 약물을 직접 주입하거나 전극을 원하는 위치에 꽂아 신경 전기 신호를 측정할 수 있다는 것이다.
또 여러 개의 피펫(Pipet)을 꽂아 다양한 뇌의 반응을 기록할 수도 있으며 여러 번의 피펫 삽입도 가능하다.
연구팀 관계자는 “소프트 두개골 윈도는 장기간 동물에 면역반응을 일으키지 않고 안정적인 상태의 뇌에서 다양한 실험을 수행할 있는 혁신적인 기술”이라며 “광유전학 분야와 함께 뇌 기능에 대한 심층적인 연구를 가능하게 하고 퇴행성 뇌질환과 난치성 뇌질환을 이해하는데 획기적인 기회를 제공할 것”이라고 전했다.
이 연구결과는 지난 10일 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인판에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@
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