3D 프린팅으로 ‘미니 뇌’ 구현…KAIST, 다층 신경세포 활동 분석 ‘플랫폼 개발’

뇌처럼 층을 이루는 신경세포 구조를 3D 프린팅 기술로 구현하고, 그 안에서 신경세포의 활동까지 정밀하게 측정할 수 있는 통합 플랫폼이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 

복잡한 뇌 구조를 모사하면서도 기능까지 동시에 분석할 수 있어, 향후 뇌 질환 모델링과 신경 보호 약물 개발 등 다양한 분야에 새로운 길을 열 전망이다.

KAIST(총장 이광형)는 16일 바이오및뇌공학과 박제균·남윤기 교수 공동연구팀이 뇌 조직과 유사한 기계적 특성을 지닌 저점도 천연 하이드로겔을 이용해 고해상도의 3D 다층 신경세포 네트워크를 제작하고, 구조적·기능적 연결성을 동시에 분석할 수 있는 통합 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

기존 바이오프린팅 기술은 고점도 바이오잉크로 구조는 안정적이지만 신경세포 성장에 제약이 있었고, 반대로 저점도 하이드로겔은 생물학적으로 유리하나 정밀한 구조 구현이 어려웠다. 

연구팀은 이 상충 문제를 해결하기 위해 △묽은 젤이 흐르지 않도록 마이크로메시 위에 고정하는 ‘모세관 고정 효과’ 기술 △프린팅된 층을 정밀하게 정렬하는 ‘3D 프린팅 정렬기’ △전기신호 측정과 광학 이미징을 동시에 수행하는 ‘이중 모드 분석 시스템’ 등 3대 핵심 기술을 결합했다.

이 플랫폼은 해상도 500μm 이하로 뇌 구조를 6배 정밀하게 구현하고, 위층과 아래층에 각각 대뇌 신경세포를 배치해 신호 전달을 유도하는 방식이다. 전기 자극을 주었을 때 두 층의 신경세포가 동시에 반응했고, 시냅스 차단제를 투입하자 반응이 감소해 실제 연결된 신호 전달이 이뤄졌음을 입증했다.