작성일 : 20-09-28 16:50
DGIST 최홍수 교수 연구팀, 마이크로로봇으로 신경망 모델 형성 , 로봇이 만든 신경세포로 코로나 백신 더 빨리 찾는다
 글쓴이 : happy
조회 : 3  
해마 신경 세포가 배양된 마이크로로봇을 이송해 분리된 신경 네트워크를 모방한 세포 패턴을 연결한 결과와 마이크로로봇이 없는 패턴에서 신경돌기 정렬성 비교 결과.<사진= DGIST >
마이크로 로봇이 외부에서 신경세포를 만들고 다양하게 연결할 수 있게 되면서 뇌질환 치료제, 코로나바이러스 감염증(코로나19) 치료제나 백신 개발 연구자들이 약물 전달 효과를 빠르게 확인 하는 등 다양한 모델을 통한 연구가 가능해 질 것으로 기대된다.

DGIST(대구경북과학기술원·총장 국양)는 최홍수 교수 연구팀(DGIST와 한국뇌연구원 연구자들 참여)
외부 자기장에 반응하는 마이크로 로봇으로 원하는 곳에 신경세포를 전달해 새로운 신경망을 만들고 반응도 확인하는데 성공했다고 27일 밝혔다.

기존에도 신경망 연구는 많이 이뤄져 왔다. 하지만 정형화된 패턴으로 연구의 다양성이 떨어졌던 게 사실이다. 이번 최 교수 연구팀의 성과로 다양한 모델을 만들어 다각도의 신경망 연구가 가능해진 셈이다. 

연구팀이 만든 로봇은 플라스틱 재질에 니켈과 산화 티타늄 박막을 금속 증착으로 코팅했다. 니켈은 자성을 띠는 물질로 자기장을 걸어주면 이동이 가능하다. 티타늄은 인체의 인공관절로 사용한다. 즉 니켈의 자성을 이용해 로봇이 이동하면서 신경세포를 형성하는 구조다.

최 교수에 의하면 로봇의 길이는 300마이크로미터(1마이크로미터는 100만분의 1m)로 폭은 95마이크로미터. 신경세포는 실험용 쥐의 뇌에서 해마 신경세포를 채취해 실험실에서 배양, 샘플로 활용했다.

연구팀은 신경세포 군집을 가로세로 500마이크로 크기의 정사각형 형태를 이루도록 했다. 이후 로봇의 표면에 5마이크로미터 폭으로 홈을 내 신경세포를 얹은 후 신경세포 군집을 오가도록 했다. 그 결과 마이크로 로봇이 10초만에 군집사이를 이동하고 1분안에 집단을 연결했다. 군집간 형성된 신경세포가 자리 잡는데는 일주일 정도 소요됐다. 특히 자기장 구동으로 신경세포를 체외 환경에서 정확하게 원하는 위치까지 이송하고 만들 수 있음이 확인됐다는 게 연구팀의 설명이다.

최 교수는 "식물을 흙에 심으면 뿌리가 자라면서 자리잡는것처럼 신경세포도 자리를 잡는다. 마이크로 로봇이 없는 세포 패턴과 비교해 신경돌기들이 서로 연결되는 것이 관찰됐다"면서 "전기 자극을 통해 신경세포 간 신호가 오가는 것을 확인했다. 연구자들이 필요에 따라 신경세포 모델을 만들며 액티브하게 연구할 수 있을 것"이라고 설명했다.

그는 이어 "이번 성과는 마이크로 로봇이 세포나 약물 전달 이외에 전달된 세포를 토대로 신경망 네트워크를 형성하고 생체 신호를 분석할 수 있음이 확인 된 것"이라면서 "신경세포의 전기생리학적 분석, 약물 스크리닝에 활용 할 수 있을 것으로 기대된다. 실용화를 위해 노력하겠다"고 말했다.

연구팀은 현재 체내용 마이크로 로봇 개발에도 속도를 내고 있다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 DGIST의 지원으로 수행됐다. 성과는 25일 국제 학술지 사이언스 어드밴스에 게재됐다.다중 전극 어레이(Microelectrode array)에 분리된 신경 네트워크 형성(A) 후 세포 패턴 사이로 마이크로로봇 이송 결과(B) 및 배양 17일 째 자발적인 전기 생리학적 신경 활동 기록 결과(C).<사진= DGIST >