국내 연구진이 안정적이고 효율적으로 자극에 의해 발생하는 신호를 기록할 수 있는 신경전극 개발에 성공했다. 이기술은 중추신경계와 말초신경계 질병 및 손상에 의해 발생하는 신경장애의 치료를 위한 목적으로 사용되는 신경전극 기반 신경신호 감지/제어 시스템 연구에 도움이 될 전망이다.

이번 연구는 경희대학교 치과재료학교실 권일근 교수와 허동녕 박사는 건국대 수의과대학 도선희 교수팀과 한국과학기술연구원(KIST) 이수현 박사팀과 공동으로 이뤄졌다. 연구팀은 “스펀지 형태의 다공성 나노 섬유 구조체 표면에 은나노 입자를 결합, 말초신경계의 신경신호를 오랜 기간 동안 안정적으로 측정 가능한 신경전극구조를 만들었다”고 밝혔다.

최근, 중추 신경계와 말초신경계에서 신경치료는 생체신경신호의 측정 및 자극이 가능한 이식형 신경전극을 기반으로 하는 치료방법이 주목 받고 있는데 주로 척추 손상환자의 재활과 치료, 시 신경자극을 통한 인공 시각구성, 정신적 질환의 치료를 위한 뇌심부자극술 등의 치료 및 재활에 폭 넓게 활용되고 있다.

하지만 실리콘이나 고분자 필름을 하부구조로 제작 된 신경전극은 물질 투과성이 낮아 충분한영양소 및 산소 공급이 힘들고, 신경조직에 비해 상대적으로 기계적 강도가 높아 mechanical mismatch에 의한 이식부위에 상처(scar)가 발생하며, 염증반응으로 신경전극이 부위조직과 차단 되어 장기간 전기 신호 검출이 어렵다는 한계가 있었다.

이에, 연구진은 염증 억제와 미세한 신경 신호 검출을 위해 신경 전극의 유연성과 물질 투과성을 향상시킨 높은 감도를 갖는 신경전극을 개발하였다. 은나노입자와 전도성 고분자를 전극으로 구성된 신경전극의 하부구조는 폴리이미드나노섬유를 사용하여 기존의 신경전극에 비해 월등히 향상된 유연성과 투과성을 보였으며, 체내 이식후 신경조직을 검사한 결과 변형이나 위축등 아무런 손상이 발생하지 않는 것을 확인하였다.

그 결과, 신호 감도가 뛰어나고 동시에 오랜 기간 동안 안정적인 신경신호가 가능한 신경 전극을 개발할 수 있었다.

연구팀은 이번에 개발된 기술을 이용하면 각종 신경 자극 및 재생을 위한 생체내 이식소자의 생체적합성 향상을 통한 기능성/안정성 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

경희대 권일근 교수는 “본 기술은 중추 및 말초신경계 질환을 치료할 수 있는 안정적인 신경신호 검출의 개발뿐만 아니라 각종 생체신호의 감도를 탐지/분석하는 생체전극시스템의 개발 측면에서도 상당한 의미가 있다”고 밝혔다. 이어 “본 기술은 각종 이식형 디바이스의 기능을 업드레이드시키는데 활용될 가능성을 제시한 것으로 향후 국내의료기기 시장의 기술력 향상에 기여할 것으로 기대된다” 고 말했다.

연구는 미래창조과학부의 공공복지안전연구사업의 지원으로 개발되었으며, 해당 연구 성과를 담은 논문은 미국화학학회(ACS)에서 발간하는 세계적인 권위지인 나노분야국제학술지 ACS NANO의 온라인판에 최근 게재되었다.