서울대·스탠포드대 공동 연구진이 유기 인공 신경을 이용해 손상된 신경을 치료할 수 있는 가능성을 제시했다. 서울대는 이태우 재료공학부 교수와 제난 바오 교수 공동 연구팀이 인체 신경을 모방하는 뉴로모픽(Neuromorphic) 유기 인공 신경을 통해 척수 손상으로 신경이 마비된 쥐의 근육 운동을 회복시키는 데 성공했다고 16일 전했다.
신경은 신체의 생체 전기·화학적 신호를 전달함으로써 신체의 활동을 조절·조정하는 기관이다.
신경이 손상되면 생체 신호를 제대로 전달하지 못해 신체 기능을 일부에서 전부를 영구적으로 상실하게 되는데, 척수손상·루게릭병·파킨슨병·헌팅턴병 등의 원인으로 손상되거나 퇴화한 신경의 복구는 의학적 난제로 남아있었다. 연구진은 근육의 움직임을 감지하는 감각기관인 '고유수용기'를 모사한 센서, 신경계를 이루는 기본적 단위세포인 '뉴런'의 접합 부위인 '시냅스'를 모사한 유기 인공 시냅스, 다리 근육에 신호를 전달하기 위한 하이드로젤 전극으로 구성된 신축성 인공 신경을 이용해 신경 손상에 따른 영구적 운동기능 상실을 해결하려 했다.
이들은 신경이 마비된 쥐에 이를 적용했다.
그 결과 인공 신경은 생체 신경섬유의 구조·기능을 모사해 쥐 다리의 움직임과 근육의 수축을 조절했고, 인공 시냅스는 컴퓨터 등 외부 시스템 없이 부드럽고 자연스러운 다리 움직임을 구현했다. 또 인공 고유수용기는 제어를 위한 외부 컴퓨터의 조력 없이도 쥐의 다리 움직임을 감지하면서 인공 시냅스에 피드백을 실시간으로 전달해 다리가 과도하게 움직여 근육이 손상되는 것을 막았다.
그 결과 이 쥐는 공을 차거나 러닝머신 위에서 걷고 뛰는 데 성공했다.
이 교수는 "신경 손상은 의학 기술의 발전에도 불구하고 여전히 난제로 남아있었다"며 "생물학·의학적 방식이 아니라 공학적 방식으로 신경 손상 극복을 위한 새로운 돌파구를 열 수 있는 실마리를 제공했다"고 설명했다. 그러면서 그는 "이 접근 방식은 관련 질병과 장애로 고통받는 사람들에게 새로인 길을 열어 줄 수 있을 것"이라고 덧붙였다.
연구진은 향후 쥐와 같은 설치류뿐만 아니라 사람에 대한 임상 적용을 위해 연구를 진행할 계획이다.
연구 결과는 국제학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical)'에 게재됐다.