DGIST 김소희 교수, ‘3차원 마이크로니들 어레이 전극’에 약물 전달 기능 탑재

약물 전달과 동시에 뇌 신호 측정이 가능

3차원 구조의 마이크로니들 어레이형 뇌 전극에 약물 전달 기능을 탑재한 유연성 다기능 뇌‧기계 인터페이스 기술을 개발한 DGIST 로봇공학전공 김소희 교수(좌측)와 한국기계연구원 의료지원 로봇연구실의 강유나 박사(우측). [사진=대구경북과학기술원 제공]

DGIST(총장 국양)는 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 3차원 구조의 마이크로니들 어레이형 뇌 전극에 약물 전달 기능을 탑재한 유연성 다기능 뇌‧기계 인터페이스 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

이는 향후 장기간(長期間) 이식이 필요한 뇌 질환 치료용 전극으로 활용 가능할 것으로 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 ‘뇌과학원천기술개발사업’의 지원으로 수행됐으며, 한국기계연구원 의료지원 로봇연구실의 강유나 박사가 제1 저자로, DGIST 로봇공학전공 김소희 교수가 교신저자로, DGIST 뇌인지과학전공 최한경 교수가 공저자로 참여했다.

또한 이번 연구 결과는 8월 18일 국제학술지 ‘마이크로시스템 앤 나노엔지니어링 (Microsystems & Nanoengineering)’ 지에 게재됐다.

마이크로니들이란 마이크로미터(1마이크로미터는 1㎜의 1/1000) 단위의 지름을 갖는 바늘 형상의 구조물을 말한다. 기존의 마이크로니들이 포함된 어레이 형태의 전극은 단단한 실리콘과 유리를 기반으로 만들어져 유연성이 없었다.

또한, 마이크로니들 어레이의 재료적 특성과 3차원 구조물이라는 형태적 특징 때문에 약물 전달 기능이 함께 구현된 바가 없었다.
 

약물 전달 기능을 갖춘 마이크로니들 전극 어레이로 구성된 3차원 다기능 유연 뇌 인터페이스. [사진=대구경북과학기술원 제공]

이에 김소희 교수팀은 여러 개의 마이크로니들이 유연한 폴리머 플랫폼으로 지지가 되는 3차원 전극 기술을 기반으로, 유연한 폴리머 케이블에 유체 채널을 집적했다.

이를 통해 전기적 신호 전달과 화학적 약물 전달의 두 가지 기능을 동시에 할 수 있는 다기능 케이블 및 연결기술을 개발했다. 다기능 케이블과 3차원 전극을 결합함으로써 약물 전달과 동시에 뇌 신호의 측정 또는 전기적 자극이 가능한 다기능 유연 뇌 인터페이스 구현이 가능해진 것이다.

DGIST 로봇공학전공 김소희 교수는 “약물 전달 채널을 통해 화학적 방식으로 뇌를 자극함과 동시에 뇌 신호의 측정이 가능하다”라며, “혈관‧뇌 장벽(blood-brain barrier)을 거치지 않고 약물을 직접 뇌세포에 전달 가능하므로, 뇌 질환 치료용 약물의 약효 검증도 가능하여 치료제 개발에도 활용 가능할 것이다”라고 설명했다.

한편, 본 기술을 활용하면 약물 전달 채널을 통해 항염증 약물을 전극이 있는 곳에 정확하게 전달할 수 있게 된다. 이로 인해 뇌‧기계 인터페이스 기술과 같이 장기간 뇌에 이식된 채로 사용해야 하는 전극의 수명 연장이 가능할 것으로 기대된다.