포스텍 연구팀, '3D 뇌 모델' 개발

사람의 뇌와 유사하게 작동
질환 조기 확인.치료 효과 도움

연구 관련 이미지.

포스텍 연구팀이 사람의 뇌와 유사하게 작동하는 3D 뇌 모델을 개발했다고 11일 밝혔다.

포스텍 기계공학과 조동우 교수, 기계공학과 · IT융합공학과 · 생명과학과 · 융합대학원 장진아 교수, 배미현 박사, 김정주 박사 연구팀의 연구는 제조 및 소재 분야 국제 학술지인 '인터내셔널 저널 오브 익스트림 매뉴팩처링'에 게재됐다.

최근에는 일상적인 음주 습관조차 뇌세포 손상과 관련 있다는 연구들이 나오면서 인간의 뇌 반응을 실험실에서 정밀하게 재현할 수 있는 '인공 뇌 모델'에 대한 필요성이 커지고 있다. 하지만 지금까지 사용된 평면적인 세포 배양 방식이나 줄기세포 기반 오가노이드(소형 장기 모사체)는 실제 뇌처럼 복잡한 구조와 기능을 구현하는 데 한계가 있었다.

포스텍 연구팀은 3D 프린터로 집을 짓듯 뇌의 구조를 층층이 쌓아 올려 새로운 인공 뇌 모델을 만들었다.

실제 뇌처럼 '회백질'과 '백질'이라는 두 구역으로 나눠 구조를 구현했다.

회백질은 신경세포의 본체가 모여 있고, 백질은 신경세포의 축삭들이 정렬돼 위치하는 정보 고속도로와 같은 영역이다.

연구팀은 이 구조가 실제 뇌처럼 작동하도록 전기 자극을 가해 신경세포들이 정해진 방향으로 길게 자라도록 유도해 실제 뇌의 정보 전달 회로와 유사한 신경망을 만들었다.

또 칼슘 이온의 움직임을 실시간으로 관찰한 결과, 이 모델이 실제 뇌처럼 전기 신호를 주고받는 반응을 보인다는 사실도 확인했다.

연구팀은 이 모델을 활용해 알코올이 뇌에 미치는 영향을 직접 실험해봤다. 사회적 음주 수준인 0.03%의 에탄올 농도를 뇌 모델에 3주간 매일 적용했을 때 회백질 영역에서 알츠하이머와 관련된 단백질(아밀로이드-베타, 타우 단백질)이 증가했다. 백질 영역에서는 신경섬유가 휘거나 부풀어 오르는 변형이 나타났다.

포스텍 조동우 교수는 "이전 모델로는 관찰하기 어려웠던 신경 연결 상태나 전기 신호 반응까지 정밀하게 분석할 수 있게 됐다"며 "전임상 단계에서 질환을 조기에 확인하고 치료 효과를 정확히 예측하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 전했다.

장진아 교수는 "이제는 실험실에서도 뇌 질환의 초기 반응을 확인할 수 있는 길이 열린 셈이다"고 했다.


포항=김규동 기자 korea808080@