[과학을 읽다]척추 손상…생체이식 전극으로 치료

국내 연구팀, 나노섬유 기반의 생체이식형 신경전국 개발

▲잉크젯 프린팅 방식으로 제작된 다공성 나노섬유 기반의 신경전극 개념도.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 우리 몸을 지탱하고 있는 시스템은 참 많습니다. 그중 척추는 가장 중요합니다. 이곳이 상처를 입으면 생활하는데 큰 불편이 뒤따릅니다. 국내 연구팀이 생체에 이식하는 신경전극으로 이를 극복할 수 있는 길을 제시했습니다.

국내 연구팀이 장기간 신경 자극에 의해 발생하는 신경 신호를 기록할 수 있는 안전하고 효율적 생체이식형 신경전극 개발에 성공했습니다. 이 기술은 중추·말초 신경계 질병과 손상에 의해 발생하는 신경장애의 치료를 목적으로 합니다.

최근 중추신경계와 말초신경계에서의 신경치료에 있어 생체 신경 신호의 측정과 자극이 가능한 이식형 신경 전극 삽입 치료방법이 주목받고 있습니다. 주로 척추 손상 환자의 재활과 치료, 시신경 자극을 통한 인공 시각 구성, 정신적 질환의 치료를 위한 뇌 심부 자극술 등의 치료와 재활에 폭넓게 활용되고 있습니다.

기존의 이식형 신경 전극의 경우 실리콘이나 고분자 필름을 하부구조로 제작돼 물질 투과성이 낮습니다. 체내에 이식된 뒤에 신경에 충분한 영양소와 산소공급이 힘듭니다. 신경 조직에 비해 상대적으로 기계적 강도가 높아 이식부위에 기계적 부조화에 의한 상처가 발생하기 쉽습니다. 체내에서 이물반응에 의한 염증으로 신경전극이 주변 조직과 차단돼 장기간 신경신호 검출이 어렵다는 한계도 있습니다.

연구팀은 이 같은 단점을 극복하고 신경전극의 유연성과 물질 투과성을 크게 향상시켰습니다. 전기적으로 높은 감도를 갖는 신경전극을 개발했습니다. 기존 신경전극과 비교했을 때 향상된 유연성과 투과성을 갖기 위해 나노섬유(Polyimide, 폴리이미드)를 이용했습니다. 이를 통해 신경전극의 하부구조를 만들고 그 위에 은 나노입자를 잉크젯 프린팅 방식으로 전사(Patterning, 패터닝)했습니다.

전사된 은 나노입자 위에 전기적 성능을 개선하기 위해 전도성 고분자를 증착시켰습니다. 이렇게 제작된 신경전극은 체내 이식 후 신경조직을 검사한 결과 신경 변형이나 위축 등 아무런 손상이 발생하지 않은 것을 확인했습니다. 전기적 신호 감도가 뛰어나고 동시에 장기간 안정적 신경 신호 기록이 가능한 신경전극을 개발할 수 있었습니다.

이번 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 뇌과학연구소 바이오마이크로시스템연구단 이수현 박사팀이 수행했습니다. 경희대학교 치과재료학교실 권일근 교수팀, 건국대학교 수의과대학 도선희 교수팀도 함께 했습니다.

이수현 박사는 "이번에 개발된 신경전극은 장기간에 걸친 뛰어난 생체적합성을 검증받아 중추와 말초신경계 손상의 신경계 장애인을 치료할 수 있는 안정적 신경신호 검출과 기록이 가능하다"며 "신경전극 개발에 적용된 기술은 각종 체내 삽입형 소자의 생체적합성을 향상시키는데 적용될 수 있다"고 말했습니다.

연구결과는 미국화학학회(ACS)에서 발간하는 국제학술지 'ACS NANO' 2월14일자 온라인 판((논문명: Flexible and Highly Biocompatible Nanofiber-Based Electrodes for Neural Surface Interfacing)에 실렸습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr