美, ‘파릴렌 C’ 소재로 두뇌 매핑 기술 선보여
등록일 2020년 06월 30일 화요일
수정일 2020년 06월 30일 화요일
▲두뇌 매핑 기술이 개발됐다(출처=PEXELS)

서던캘리포니아대학 연구팀이 미세 와이어와 실리콘을 정밀한 미소 전극으로 대체하는 획기적인 폴리머 소재를 개발했다. 파릴렌 C(Parylene C)라는 명칭의 이 신소재는 얇고 탄력성이 있어 연구 대상인 두뇌 부위를 자세히 연구할 수 있도록 깊이 넣을 수 있다.

미소전극을 튼튼하게 만들기 위해 각 전극은 8개 ‘가지’로 구성돼 있으며 각 가지는 다시 8개 미소전극으로 구성돼 있다. 어떤 경우든 두뇌 부위에 총 64개 가지를 이식하게 되는 것이다. 파릴렌 C는 비침습적이고 손상이 적다. 면역 체계의 공격에 약하지 않기 때문에 임플란트의 기대 수명을 개선했다. 파릴렌 C는 두뇌 조직과 장비 간의 미세한 움직임을 막아 시간이 갈수록 약해지는 면역 반응을 자극한다.

얇고 긴 탐침의 단점은 삽입 시 휘어질 수 있다는 것이다. 하지만 이 문제는 폴레에틸렌 글리콜(PEG) 소재의 자가 용해 버팀대로 해결했다. 신소재가 더욱 매력적인 이유는 민감도와 신뢰도를 측정할 때 미세 와이어와 함께 사용할 수 있다는 것이다.

테스트, 임상시험 및 관찰

획기적인 소재를 증명하기 위해, 쥐의 해마에 이식할 수 있도록 64개 전극을 가진 임플란트를 설계했다. 신호와 소음 수준을 증폭시켜 미세 와이어와 유사하게 만들었다. 테스트 한 달 후, 임플란트를 이식한 부위 근처의 상처와 세포사가 극소했던 것으로 확인됐다.

신소재를 사용한 실험 결과, 두뇌 신호를 수집할 수 있는 획기적인 방법을 개발했으며 뇌심부 침투도 가능하다는 사실을 확인했다. 엘리스 멩 교수는 "정신 요법이 직면한 가장 큰 장애 중 하나는 신체의 자연스러운 염증 반응인 조직 이동과 세포 손상의 정도를 극소화하는 것"이라고 말했다.

파릴렌 C는 매우 미세한 틀로 만들 수 있으며 두뇌 여러 부위에서 융화될 수 있기 때문에 세포 이동을 최소화할 수 있으며 생체에서 거부 반응을 일으키지 않는다. 

지금까지는 미소탐침 삽입으로만 두뇌 기능을 그릴 수 있다는 잘못된 믿음이 있었다. 그러나 다양한 연구 결과로 ECoG라는 기술로 가능하다는 사실이 입증됐다. ECoG는 두뇌 조직에 지루하고 반복적인 침투 없이 대규모 자극을 가해 기록하는 녹음 기법이다.

최근, 얇은 폴리머와 ECoG 마이크로 그리드가 개발돼 두뇌의 곡면에서의 신호 진폭을 극대화할 수 있게 됐다. ECoG의 단점은 침투 깊이가 제한돼 있다는 것이다. 하지만 ECoG 장치를 파릴렌 C 로 만들게 되면 문제는 달라진다. 업계 표준인 침투 전극 배열(PEA)과 비교한 결과 ECoG가 PEG보다 비침습적이라는 사실을 확인할 수 있었다.

상당한 기술 도약이 있었지만, 신기술은 두뇌에 이식하는 도구일 뿐만 아니라 이를 통해 수집한 데이터를 분석해야 하는 장치가 필요하기 때문에 아직 갈 길은 멀다. 데이터를 처리하는 정확성과 속도를 높일 수 있는 소프트웨어 알고리즘이 있지만, 실시간으로 처리할 수 있는 기술은 아직 완전히 개발되지 않아 추가적인 연구가 필요한 상황이다. 

김건우기자   ra10232@gmail.com
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