사람의 두개골을 외과적 수술로 열지 않고 주사를 통해 팔에 칩을 넣어 뇌질환을 치료할 수 있는 방법이 나왔다.
미국 매사추세츠공과대(MIT) 신경생물공학과 연구팀은 혈류를 통해 이동하고 뇌의 표적 영역에 스스로 이식할 수 있는 미세한 무선 전자 칩을 개발해 동물 실험을 실시했다.
쥐를 대상으로 한 이 실험에서 연구팀은 쌀알 길이의 10억분의 1에 달하는 작은 칩이 연구원들의 안내 없이 특정 뇌 영역을 식별하고 이동할 수 있다는 것을 알아냈다.
미국 건강·의료 매체 ‘헬스데이’에 따르면 연구팀은 “뇌 부위에 자리 잡은 칩은 현재 파킨슨병, 다발성 경화증, 뇌전증(간질) 및 우울증과 같은 질환을 치료하는 데 사용되는 종류의 전기 자극을 제공할 수 있다”고 설명했다.
연구팀의 MIT 미디어랩 및 신경생물공학 센터 교수인 데블리나 사카르 박사는 “이 작은 전자 칩은 신경 세포와 원활하게 통합되고 뇌 세포와 공존해 독특한 뇌-컴퓨터 공생을 만들어낸다”고 말했다.
그는 “우리는 약물이나 표준 치료법이 실패하는 신경 질환을 치료하고, 인간의 고통을 완화하고 질병과 생물학적 한계를 초월할 수 있는 미래를 구상하기 위해 이 기술을 사용하기 위해 노력하고 있다”고 덧붙였다.
연구팀은 “작은 칩은 주입되기 전에 살아있는 생물학적 세포와 통합돼 인간의 면역 체계로부터 세포를 보호하고 혈액-뇌 장벽을 무해하게 통과할 수 있도록 한다”고 설명했다.
사카르 박사는 “이 세포-전자 하이브리드 장치는 전자 장치의 다양성과 살아있는 세포의 생물학적 이동 및 생화학적 감지 능력을 융합한다”며 “세포는 전자 장치를 위장시켜 신체 면역 체계의 공격을 받지 않고 혈류를 통해 원활하게 이동할 수 있도록 하며 혈액-뇌 장벽을 비질고 들어갈 수 있게 해준다”고 말했다.
뇌 이식은 뇌수술에 동반되는 위험은 물론 거액의 의료비가 필요하다. 이번 쥐 실험을 통해 칩이 신경 조절이라고 부르는 심부 뇌 전기 자극을 제공해 뇌 염증을 줄이는 데도 도움이 되는 것으로 나타났다.
연구팀은 “치료 중인 상태에 따라 뇌의 특정 영역을 표적으로 삼기 위해 다양한 세포 유형을 사용할 수 있다”며 “이것은 하드웨어와 소프트웨어를 통합, 확장할 수 있도록 설계된 기반 기술인 플랫폼 기술이며 여러 뇌 질환과 정신 질환을 치료하는 데 사용될 수 있다”고 밝혔다. 연구팀은 “이 기술은 뇌에만 국한되지 않고 향후 신체의 다른 부위로도 확장될 수 있다”고 덧붙였다.
연구팀에 따르면 이번 실험에 사용된 칩은 매우 작기 때문에 기존의 뇌 임플란트보다 훨씬 더 높은 정밀도를 제공한다. 칩이 의도한 목표에 도달하면 의사는 전자기파로 전원을 공급해 신경 세포에 전기 자극을 줄 수 있다.
이번 연구 결과(A nonsurgical brain implant enabled through a cell–electronics hybrid for focal neuromodulation)은 과학 저널 ≪네이처 바이오테크놀로지(Natue Biotechnology)≫에 실렸다.
<자주 묻는 질문>
Q1. 뇌 임플란트란 무엇인가요?
A1. 뇌 임플란트는 신경 활동을 감지하거나 자극하기 위해 뇌에 삽입하는 전자 장치입니다. 주로 운동, 감각, 인지 기능 회복 또는 컴퓨터, 기계 제어에 사용됩니다.
Q2. 어떤 질병이나 장애에 도움이 되나요?
A2. △척수 손상 환자의 팔, 다리 움직임 보조 △루게릭병(ALS) 환자의 의사소통 지원 △파킨슨병 치료(깊은 뇌 자극, DBS) △뇌전증(간질) 발작 조기 탐지 및 억제 △우울증, 강박 장애(OCD) 등 난치성 정신질환 조절
Q3. 수술은 위험하지 않나요?
A3. 모든 뇌수술과 마찬가지로 출혈, 감염, 염증, 조직 손상 등의 위험이 있습니다. 하지만 최근에는 로봇 보조 수술과 비침습적 접근법(혈관 삽입형 BCI 등) 덕분에 위험성이 점점 줄어드는 추세입니다.
