뇌 구조·기능 샅샅이 들여본다…3D 신경세포 뇌 모델 구현

작성일 07-16

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST, 하이드로젤 기반 3D프린팅 기술 적용 뇌 속 신경세포까지 정밀 측정..기존 대비 6배 정밀 
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 <img alt="KAIST는 천연 하이드로겔을 이용해 3D 프린팅 기반으로 뇌의 구조적, 기능적 연결성을 동시에 분석할 수 있는 ‘3D 뇌 모사 통합 플랫폼’을 개발했다." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/16/dt/20250716145346068leiy.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="ZWBeE2aVym" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/16/dt/20250716145346068leiy.jpg" width="658">
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 KAIST는 천연 하이드로겔을 이용해 3D 프린팅 기반으로 뇌의 구조적, 기능적 연결성을 동시에 분석할 수 있는 ‘3D 뇌 모사 통합 플랫폼’을 개발했다.
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 국내 연구진이 뇌 구조를 3D 프린팅 기술로 구현하고, 신경세포 활동을 정밀 측정할 수 있는 뇌 모사 플랫폼을 구현했다. 앞으로 신경질환 모델링과 뇌 기능 연구, 신경독성 평가 등 다양한 뇌 연구에 활용될 전망이다. KAIST는 박제균·남윤기 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 공동으로 뇌 조직과 유사한 탄성 특성을 지닌 저점도 천연 하이드로겔을 이용해 뇌의 구조적·기능적 연결성을 분석할 수 있는 ‘3D 뇌 모사 통합 플랫폼’을 개발했다고 16일 밝혔다. 뇌는 모듈형 구조를 통해 계층적 기능 네트워크 시스템을 형성하고 있어 3D 체외 모델에서 재현해 분석하기 위해선 정밀한 신경세포 네트워크 제작 기술과 기능적 활성 측정 인터페이스가 필수적으로 요구된다. 바이오프린팅은 뇌 구조체 제작을 위한 유망 기술로, 고점도 바이오잉크를 사용하는 3D 프린팅 기술은 신경세포의 증식과 신경돌기 성장을 제한하는 한계가 있다. 아울러 신경세포에 친화적인 저점도 하이드로겔은 정밀한 패턴을 형성하기 어려워 구조적 안정성과 생물학적 기능을 높이기 쉽지 않다. 연구팀은 묽은 하이드로겔이 흐르지 않도록 스테인리스 철망(마이크로 메시) 위에 딱 붙게 해주는 ‘모세관 고정 효과’를 이용해 기존보다 6배 정밀한 해상도 뇌 구조를 재현하는 데 성공했다. 여기에 프린팅된 층들이 삐뚤어지지 않고 정확히 쌓이도록 맞춰주는 ‘3D 프린팅 정렬기’로 다층 구조체를 정밀하게 조립하고, 미세 전극 칩과의 결합을 안정적으로 구현했다. 아래쪽에는 미세센서를 달아 전기신호를 측정하고, 위쪽은 칼슘 농도를 측정해 세포활동을 관찰하는 ‘이중 모드 분석 시스템’을 적용했다. 그 결과, 전기 자극을 줬을 때 위아래층 신경세포가 동시에 반응했고, 신경 연결을 차단하는 약물을 넣자 반응이 줄어들어 신경세포들이 실제 연결돼 신호를 주고받고 있음을 입증했다. 박제균 KAIST 교수는 “이번 연구는 2D 배양이나 단일층 3D 모델 제작 기술로는 구현하기 어려웠던 3D 모듈형 뇌 구조와 층간 기능적 특성을 정밀 재현에 성공했다는 데 의미가 크다”며 “기존 기술로는 14일 이상 신호 측정이 불가능했던 것을 27일 이상 안정적인 미세 전극 칩 인터페이스를 유지하면서 구조-기능 관계를 실시간 분석할 수 있다”고 말했다. 이 연구결과는 국제 학술지 ‘바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(지난달 11일자)’ 온라인판에 실렸다. 
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 <img alt="KAIST가 개발한 3D 뇌 모사 통합 플랫폼 개념도. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/16/dt/20250716145347367joli.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="5bN5KluSlr" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/16/dt/20250716145347367joli.jpg" width="658">
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 KAIST가 개발한 3D 뇌 모사 통합 플랫폼 개념도. KAIST 제공
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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