"피로 뇌 신경망 조종"…수술 없는 뇌 제어 길 열렸다

미국 연구진이 혈액 속 단백질을 이용해 체내에서 직접 전도성 고분자를 합성, 빛으로 신경 활동을 정밀하게 제어하는 데 성공했다.

27일(현지시간) 바이오 전문매체 바이오밸리 등에 따르면 미국 퍼듀대학교 연구팀은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제학술지 '사이언스(Science)'에 발표했다.

연구팀은 체내 혈액 단백질인 헤모글로빈을 천연 촉매로 활용하는 방식을 고안했다. 액체 상태의 단량체 'BDF(벤조디푸란디온)'를 생체에 주입하면, 헤모글로빈이 이를 기다란 사슬 형태의 전도성 고분자 'n-PBDF'로 합성한다.

이 과정은 혈액 속 헤모글로빈이 산소와 만나 반응성이 높은 철 중간체를 형성하면서 시작된다. 이후 체액 속 나트륨(Na⁺) 같은 염 이온이 고분자에 달라붙어 전기가 통하는 특성을 부여한다.

이렇게 만들어진 n-PBDF는 부드러운 조직과 유사해 생체 전극 역할을 할 수 있다. 기존 생체전자소자는 단단한 기기를 외과적으로 이식해야 했지만, 이 기술은 생체 조직 내에서 직접 반응성 부품을 만들어 장기적인 호환성을 확보했다.

연구팀은 제브라피쉬 배아와 쥐의 뇌에 이 기술을 적용했다. 그 결과 독성이나 염증 반응, 행동 변화 없이 안정적인 전기 인터페이스가 형성되는 것을 확인했다.

특히 근적외선을 n-PBDF에 쬐면 미세한 열과 전하 변화가 발생해 신경세포의 신호 전달을 일시적으로 멈출 수 있었다. 보상을 얻기 위해 막대를 당기도록 훈련된 쥐의 특정 뇌 신호를 빛으로 멈추자, 쥐의 행동이 즉각적으로 변하는 것을 실시간으로 증명했다.

연구진은 "이번 혈액 촉매 기반 생체전자공학 기술은 침습적 수술 없이 필요에 따라 뇌 활동을 제어할 수 있는 강력하고 새로운 길을 열었다"고 평가했다.