KAIST 남윤기 교수 연구팀, 나노 광열 신경칩 플랫폼 개발
KAIST 바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀이 나노입자 기술을 기반으로 시험관 조건에서 배양한 신경 네트워크의 연결을 실시간으로 조절할 수 있는 신경칩 플랫폼을 개발했다. 

기존의 세포 형태화 기술이 세포 배양 이전 단계에서만 신경 네트워크를 조절할 수 있는 것에 반해, 이번 연구는 네트워크의 발달과 성숙 단계에도 도입할 수 있어 큰 의미를 갖는다. 

우리 뇌의 복잡한 구조를 모방하는 신경 네트워크 모델을 체외 조건에서 구현하기 위해서는 신경세포의 위치와 연결을 원하는 구조에 맞춰 정렬하는 기술이 필요한데, 이를 위해 다양한 방식의 미세공정 기법을 통한 신경세포 형태화 기술이 개발돼 왔다. 

그러나 이런 기술들은 세포배양 전 배양기판의 표면을 개질하는 방법을 기반으로 하고 있어 배양 초기 단계에서만 네트워크 구조를 통제할 수 있어, 수일 또는 수주에 걸친 세포 간 네트워크 형성 과정 중에서는 조절이 어렵다는 단점이 있었다. 

이에 연구진은 세포 배양 중에도 신경 네트워크의 구조와 기능을 실시간으로 조절할 수 있는 기술을 개발하기 위해 '아가로즈 하이드로겔 (agarose hydrogel), 금 나노막대, 미세 전극 칩' 기반의 신경 칩 플랫폼을 제작했다. 

아가로즈 하이드로겔은 해초로부터 추출한 물질로, 주로 조직공학 분야에서 활용된다. 신경세포의 흡착을 방해하는 세포 반발성을 가지고 있어, 배양기판 상에 다양한 형태의 패턴을 제작해 이 물질이 없는 영역에만 한정적으로 신경 네트워크를 형성시키는 것이 가능하다. 

또 열에 녹는 특성이 있어 국소적인 열을 통해 특정한 위치의 하이드로겔을 제거할 수 있으며, 연구진은 원하는 영역에만 국소적 열을 발생시키기 위한 매개체로 금 나노막대를 사용했다. 

연구진은 배양기판인 미세 전극 칩 위에 금 나노막대 층을 형성하고, 그 위에 미세 패턴을 지닌 아가로즈 하이드로겔 층을 제작해 각 미세 패턴 안에 독립된 신경 네트워크들을 구축했다. 이를 세 가지 방법으로 조작해 신경 네트워크의 구조와 기능을 조절하는데 성공했다. 

남윤기 교수는 "이번 연구에서 개발된 신경 세포 칩 플랫폼은 신경회로의 구조와 기능을 세포 발달과정 중에 조절할 수 있다"며 "앞으로 뇌신경과학 연구를 위한 다양하고 복잡한 형태의 체외 신경 모델을 구현하는 데 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.
남윤기는 연구에 이용하기 위해 무엇을 해초류에서 뽑아냈어
아가로즈 하이드로겔