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성대 손동희 교수팀-KIST 공동연구진, 말초신경에 이식 가능한 적응형 인공전자신경외피 개발
성대 손동희 교수팀-KIST 공동연구진, 말초신경에 이식 가능한 적응형 인공전자신경외피 개발
  • 장정안
  • 승인 2020.08.24 14:21
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- SKKU-KIST 공동연구진, 스티커처럼 간단히 말초신경에 이식하여 장기간 생체신호 분석 및 전기자극이 가능한 인공전자신경외피 개발

- 말초신경에 압박 없이 장기간 안전하게 사용이 가능하며, 신경 질환 환자 진단 및 치료를 위한 전자 약으로 활용 기대
손동희 교수
손동희 교수

기존의 커프(Cuff)형 인공전자신경외피는 말초신경에 부착되어 신경 신호 수집 및 전기자극 기능을 발휘하는 신경보철용 전자소자로 응용되어 왔다. 하지만 장기간 신경에 부착될 때 소재와 신경간의 물성차이로 인해 염증에 의한 섬유화가 급속히 진행되어 신경압박을 일으키게 되고, 결국 신경괴사를 초래한다. 또한 말초신경에 부착 시 수술 시간이 길고, 기계적 안정성이 낮아서 장기간 임상에 적용되기 어려웠다.

이러한 문제점을 해결하고자 성균관대학교(총장 신동렬) 전자전기컴퓨터공학과 손동희 교수 연구팀은 한국과학기술연구원(이하 KIST, 원장 윤석진) 바이오메디컬융합연구본부 이효진 박사, 윤인찬 본부장, 송강일 박사, 서현선 연구원과의 공동연구를 통해, 자가결합 가능한 신축성 소재 기반의 적응형 인공전자신경외피(Adaptive Self-healing Electronic Epineurium)를 개발했다고 밝혔다.       

성균관대-KIST 공동연구진은 생체적합성이 우수한 자가치유 소재 기반의 신축성 기판 및 전극을 이용하여 인공전자신경외피가 말초신경에 스티커처럼 매우 쉽고 빠르게 고정될 수 있도록 하였고, 이로 인해 수술시간이 대폭 감소 될 뿐 아니라 후유증도 줄어들게 하였다(그림 2, 왼쪽 상단). 또한, 인공전자신경외피의 동적응력완화(Dynamic Stress Relaxation) 특성은 장기간의 말초신경 압박 없이 안전하게 감각 신경 신호 측정과 운동 신경 유발이 가능하다.

적응형 인공전자신경외피를 쥐의 좌골신경에 이식한 후, 6주 동안 외부의 기계적 자극을 달리하여 기계적 자극의 수용기를 통해 감각신호의 세기를 성공적으로 구분할 수 있었다. 또한, 말초신경에 이식한 7주 후에 전기자극을 하여 안정적으로 운동 신경 유발을 하였다. 이러한 감각신호 수집 및 자극은 14주까지 가능하였고, 전기자극은 최대 32주까지 가능하였다 (그림 3). 특히 양방향 신경 신호 수집 및 전기자극 기능은 쥐가 마취가 깬 이후에도 안정적으로 유지되었다. 성균관대-KIST 공동연구진에서 개발한 이번 적응형 인공전자신경외피는 절단된 신경계를 인공적으로 연결하는 신경-대-신경 인터페이스로도 활용될 수 있음을 입증했다. 이러한 연구결과는 차세대 인공 신경보철 장치 개발 및 신경계 질환 재활 연구에 큰 혁신이 될 전망이다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 한국연구재단기초연구사업, 정보통신기획평가원 정보통신․방송 기술개발사업, KIST 주요사업으로 수행되었으며, 이 연구결과는 권위 있는 국제 학술지인 네이쳐 커뮤니케이션 (Nature Communications, IF: 12.121)지에 8월 21일 (금요일, 한국시간 18:00) 논문으로 게재되었다.

손동희 교수는 “이번 연구 성과는 기존의 신경 보철 분야의 한계를 극복 할 수 있는 새로운 패러다임의 신경인터페이스를 개발한 것으로, 사람의 신경계의 재활을 위한 스마트 전자약 구현 가능성을 열었다”면서“향후 로봇이나 보철용 인공 신경계 네트위킹 기술의 초석이 될 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다.


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