경제 신경손상 없이 장기적 이식 가능한 전자신경외피 개발

- DGMIF-SKKU-KIST 공동연구팀 네이처 커뮤니케이션 논문 게재

  대구경북첨단의료산업진흥재단(이사장 이영호, 이하 ‘재단’) 연구원이 신경압박 없이 장기간 이식이 가능한 인공전자신경외피를 연구, 권위 있는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications, IF:12.121)에 논문을 게재했다.

기존에 사용하던 단단한 소재의 신경보철 장치들이 있긴 했지만 신경 압박에 의한 추가적 손상, 장기적으로 사용하지 못하는 문제점을 가지고 있었다.

이번에 개발한 인공전자신경외피는 높은 신축성과 형태복원력으로 신경을 감싸도 신경 압박 없이 안전하게 감각신경 신호를 측정하고 운동 신경을 유발하는 것이 가능하다.

  재단 첨단의료기기개발지원센터 송강일 박사는 성균관대학교(이하 SKKU) 손동희 교수, 한국과학기술연구원(이하 KIST, 원장 윤석진) 바이오메디컬융합연구본부 서현선 연구원, 이효진 박사, 윤인찬 본부장과의 공동연구를 통해 ‘자가결합 가능한 신축성 소재 기반의 적응형 전자신경외피‘(Adaptive self-healing electronic epineurium for chronic bidirectional neural interfaces)를 개발하고, 그 결과를 권위 있는 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션에 24일자로 게재했다. 이번에 연구한 인공전자신경외피는 높은 신축성과 동적응력완화(Dynamic Stress Relaxation) 특성으로 장기간 사용이 가능하다.

  송강일 박사가 공동 개발한 인공전자신경외피는 세 가지 점에서 특별하다. 첫 번째로 기존 신경 보철과 대비하여 신경의 압박을 최소화해 염증을 유발하지 않는다는 점이다. 둘째로 자가치유/동적응력완화 특성으로 스티커와 같이 간단하게 사용이 가능해 수술시간을 단축시킨다. 마지막으로 장기 이식 상황에서 안정적인 감각 신경 신호 측정과 운동 신경 전달이 가능하다. 실제 마우스 실험에서 이식 32주가 지났을 때도 안정적인 감각을 느끼고 움직일 수 있었다. 또한 향후 절단된 신경계를 인공적으로 연결하는 신경-대-신경 인터페이스로도 활용될 수 있음을 입증했다. 이러한 연구결과는 차세대 인공 신경보철 장치 개발 및 신경계 질환 재활 연구에 큰 혁신이 될 전망이다.

  또한 이번 연구성과는 국가지정생물학연구정보센터(BRIC)의 '한국을 빛내는 사람들(한빛사)'에 소개되기도 했다. '한빛사'는 우수한 논문을 국내 연구자들에게 알리기 위해 인용지수(IF) 10이상인 유명 생명과학 분야 학술지에 제1저자로 논문을 발표하는 한국인 과학자를 소개하고 있다.

 송강일 박사는 연세대 졸업, 학위 취득 후 한국과학기술연구원에서 포닥을 거쳐, 19년 재단에 입사했다. “그간의 학문적 연구를 바탕으로 신경계 질환 환자들을 치료할 수 있는 기술 개발을 위한 선도적 연구를 진행하겠다”는 포부를 밝혔다.

 
  그림은 실험용 마우스 왼쪽 엉덩이쪽 말초신경에 연구한 인공전자신경외피를 부착한 실험이다. 손상된 말초신경에 간단한 방식으로 부착이 가능하다.

위 그림처럼 간단한 방식으로 고정할 수 있으며, 수술 당시 약간의 눌림은 있지만 일주일 후 신경 압박 없이 완전히 신경막이 원형으로 회복된 모습을 확인할 수 있다.

수술 후 다리에 자극을 주면서 신경이 반응하는지 확인한 모습. 시간이 경과한 후에도 강한 자극과 약한 자극 모두가 뚜렷이 전달되고 있음을 확인했다.