KAIST 연구진은 뇌처럼 층을 이루는 신경세포 구조를 3D 프린팅 기술로 구현하고, 그 안에서 신경세포의 활동까지 정밀하게 측정할 수 있는 통합 플랫폼을 개발하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

KAIST 박제균·남윤기 바이오·뇌공학과 교수 공동연구팀은 뇌 조직과 유사한 기계적 특성을 가진 저점도 천연 하이드로겔(묽은 젤)을 이용해 고해상도 3D 다층 신경세포 네트워크를 제작하고, 구조적·기능적 연결성을 동시에 분석할 수 있는 시스템을 구축했다.

기존 바이오프린팅 기술은 구조적 안정성을 위해 고점도 바이오잉크를 사용하지만, 이는 신경세포의 증식과 신경돌기 성장을 제한했다.

반대로 신경세포에 친화적인 저점도 하이드로겔은 정밀한 패턴 형성이 어려워 구조적 안정성과 생물학적 기능 사이의 상충 문제가 존재해 왔다.

연구팀은 △저점도 하이드로겔의 흐름을 제어하는 '모세관 고정 효과' △정확한 다층 구조 형성을 위한 '3D 프린팅 정렬기' △전기신호와 빛(칼슘 이미징)으로 동시에 측정하는 '이중 모드 분석 시스템' 등 3가지 핵심 기술을 결합했다.

이어 피브린 하이드로겔을 기반으로 3층 구조의 미니 뇌를 3D 프린팅으로 구현했으며, 그 안에서 실제 신경세포들이 신호를 주고받는 과정을 실험을 통해 입증했다.

특히 전기 자극 시 위층과 아래층의 신경세포가 동시에 반응했고, 시냅스 차단제(신경 연결을 차단하는 약물)를 투입했을 때 반응이 감소해 신경세포 간 실제 연결이 이뤄졌음을 확인했다.

박제균 교수는 "기존 기술로는 14일 이상 신호 측정이 어려웠던 것과 달리, 이번 플랫폼은 27일 이상 안정적인 측정이 가능해 뇌 구조와 기능 간 관계를 실시간으로 분석할 수 있다"며 "향후 뇌 연구의 다양한 분야에 기여할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.