IBS, 두개골 소프트윈도 개발

뇌 과학 연구에서 피할 수 없는 것이 바로 생쥐나 원숭이 같은 살아 있는 실험동물의 뇌 활동을 관찰하는 것이다. 잔인한 듯하지만 뇌에 약물을 주입하거나 전기 자극을 주면서 실시간으로 뇌의 움직임을 관찰하는 게 가능하다면 뇌과학의 발전 속도는 좀 더 빨라질 수 있을 것이다. 국내 연구진이 동물에게 부작용을 일으키지 않고 안정적인 상태에서 장기간 다양한 실험을 할 수 있는 혁신적인 기술을 개발해 주목받고 있다.

기초과학연구원(IBS) 뇌과학이미징연구단 김성기 단장(성균관대 교수) 연구진은 살아 있는 동물의 뇌를 관찰하면서 약물 주입이나 전극 삽입 같은 실험을 동시에 할 수 있는 ‘두개골 소프트 윈도’ 개발에 성공했다. 이번 연구 성과는 기초과학 및 의학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 10일자에 실렸다.

동물에게 뇌는 가장 중요한 기관이기 때문에 두껍고 단단한 뼈로 둘러싸여 있다. 뇌를 관찰하려면 수술로 두개골에 구멍을 만들어 뼈를 대신할 투명 창문으로 메우는데, 이를 ‘두개골 윈도’라고 한다.

기존의 윈도는 커버글라스라는 딱딱한 재질로 만들었기 때문에 관찰만 가능했다. 뇌 자극 같은 실험을 하려면 다시 수술을 거쳐야 한다. 재수술은 동물에게도 상당한 스트레스로 작용하기 때문에 연구 데이터에 영향을 미칠 가능성이 있다. 수술하다가 죽는 경우도 많은데, 이러면 다른 동물을 이용해 처음부터 다시 연구를 진행해야 하기 때문에 연구 결과 도출에 시간이 오래 걸린다. 소프트 윈도를 의미 있는 발전으로 여기는 까닭이다. ‘

소프트 윈도’는 부드럽고 투명한 실리콘 물질인 ‘폴리디메틸실록산’(PDMS)을 이용했다. 소프트 윈도 수술을 한 생쥐는 깨어 있는 상태에서도 1시간 이상 혈류의 흐름을 볼 수 있다. 또 25주 이상 뇌를 관찰하고, 약물을 투입하거나 뇌파 및 신경전기신호 모니터링을 하는 것도 가능하다. 연구진은 이 기술을 현재 국내 특허로 등록했고 미국에도 특허 출원한 상태다.

김 단장은 “소프트 윈도는 실험 목적에 따라 다양한 크기로 2~3시간 만에 간단히 만들 수 있다”며 “윈도 어디에나 다양한 용도의 주사를 주입하고, 동물이 살아 있는 상태에서도 장기간 실험·관찰할 수 있다는 장점이 있다”고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr