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디지스트 김소희 로봇공학전공 교수팀, 3D프린팅으로 다채널 측정장치 개발

대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 김소희(오른쪽) 로봇공학전공 교수와 이유현 연구원(석사)이 다채널 제브라피쉬 뇌파측정 장치를 들어 보이고 있다. 디지스트 제공

뇌신경계 신약 개발 과정에 실험동물로 널리 쓰이는 물고기인 제브라피쉬라의 뇌파를 동시에 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. 신약 개발 시간을 단축하고 비용절감에 크게 기여할 것으로 보인다.

대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 김소희 로봇공학전공 교수와 이유현 연구원 연구팀은 3D프린팅 기술을 활용해 제브라피쉬 대상 다채널 뇌파측정 장치를 개발했다고 17일 밝혔다. 또 이를 활용, 뇌전증 치료약 검증에도 성공했다.

이 장치는 뇌파를 측정하는 동안 물고기를 안정적으로 고정하는 유닛과 약물 주입ㆍ교환유닛을 결합한 것으로, 실험하는 동안 안정적인 상태에서 약물을 교환해가면서 뇌파를 측정할 수 있다. 일견 간단해 보이지만 수많은 신약후보물질 중에서 성공 가능성이 높아 보이는 것을 걸러내는데 시간과 비용을 획기적으로 줄여줄 수 있는 것으로 평가된다. 지금까지는 1마리의 제브라피쉬에 뇌파측정을 위한 바늘을 찔러 넣고, 1시간 이상 약물을 주입해가며 측정하는 방법을 썼다.

제브라피쉬는 인간과 70% 유사한 유전정보와 생체기관을 갖고 있어 신약개발 단계 중 1단계인 세포 수준의 기초연구와 다음인 마우스 등 설치류 대상 비임상시험 단계 사이의 실험동물로 주목 받고 있다.

김 교수는 “뇌파측정을 위해 종전에는 바늘 형태의 전극을 찔러 넣었지만, 3년 전 우리 연구실에서 머리 표면에 부착하는 방식을 개발했다”며 “이를 기반으로 1시간 이상 걸리는 측정시간 동안 제브라피쉬가 흔들리지 않도록 고정하는 장치와 약물 주입ㆍ교환장치 등을 결합해 비침습적 다채널 뇌파측정 기술을 개발하는데 성공했다”고 설명했다.

특히 이 장치는 측정장치를 손쉽게 확장할 수 있는 것도 장점이다. 동시측정 가능 개체 수를 손쉽게 늘릴 수 있고, 뇌파 측정 후에는 다시 수조로 보내 장시간의 추적관찰도 용이하다.

이 기술을 활용하면 향후 제브라피쉬의 장점을 극대화한 신약 개발ㆍ연구가 가능할 것으로 기대된다. 특히 뇌신경계 질환 치료에 쓰일 수 있는 여러 후보약물을 여러 마리의 제브라피쉬에 동시에 투입, 비교연구도 할 수 있어 정확도와 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 동시에 개발 시간과 비용을 크게 줄일 수도 있다.

김 교수는 “이 기술은 뇌전증이나 수면 장애, 자폐증 등 다양한 뇌신경계 질환 치료를 위한 신약 후보물질의 초기 스크리닝 단계에 활용할 수 있다”며 “처리 속도가 느리다는 뇌파의 약점을 극복하고, 정확도가 높다는 뇌파의 장점을 바탕으로 약효 관련 연구를 진행할 수 있어 향후 후보물질 초기 스크리닝 단계의 성공률을 높일 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 바이오센서 분야 국제학술지인 ‘바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)’ 온라인에 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 뇌과학원천기술개발사업 지원으로 수행됐다.

정광진 기자 kjcheong@hankookilbo.com

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