척수 다친 쥐, ‘인공 신경’ 달고 달렸다…마비 환자에 기회 될까

이태우 서울대 교수팀 ‘인공 신경’ 논문
국제 학술지 ‘네이처’ 등재…치료 단서 발견
하반신 마비된 쥐, 전기신호 통해 근육 움직여

이번 연구를 수행한 이태우 서울대 교수(재료공학부)와 제난 바오 스탠포드대 교수 국제 공동연구팀. 왼쪽부터 이태우 교수, 제난 바오 교수, 이영준 서울대 박사, 유신 리우 스탠포드대 박사, 서대교 서울대 박사과정. 서울대 제공

“이번 연구가 신경 손상 극복을 위한 새로운 돌파구를 열 수 있는 실마리를 제공했다고 생각합니다. 관련 질병 및 장애로 고통받고 있는 사람들에게 삶의 질을 향상시켜 줄 수 있는 새로운 길을 열 수 있을 겁니다.” (이태우 서울대 재료공학부 교수)

인공 신경을 이용해 척수손상, 루게릭, 파킨슨 등 신경 손상에 의한 질병 및 장애로 고통받는 이들에게 새로운 해결책을 제시할 수 있는 연구 결과가 발표됐다. 이태우 교수와 제난 바오 스탠포드대 교수 국제 공동연구팀은 신경을 모방하는 ‘뉴로모픽(Neuromorphic) 유기 인공 신경’을 통해 척수손상으로 신경이 마비된 쥐 모델의 근육 운동을 회복하는데 성공했다고 16일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이쳐 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’에 게재됐다.

신경은 생체 신호를 전달해주는 역할을 수행해 생명활동에 필수적인 기관이다. 신경이 손상될 경우 두뇌와 몸의 신경 신호가 제대로 전달되지 않아 신체의 기능을 영구적으로 일부 또는 전부 상실하게 된다. 한번 손상된 신경은 외과적 수술이나 약물치료 등으로도 재건이 어려워 지금까지 루게릭, 하반신 마비 환자 등 신경 손상으로 질병 및 장애를 가진 사람들은 치료 방법을 찾기 어려웠다. 기능적 전기자극 치료가 존재하긴 했지만, 근육을 자극하기 위한 신호 처리를 위해 복잡한 디지털 회로 및 컴퓨터를 수반해야 해 환자가 일상 생활에서 오랜 기간 사용하기엔 부적합했다.

척수 혹은 운동 신경이 손상된 쥐(왼쪽), 신축성 인공 신경을 통해 신경이 손상된 쥐의 운동 기능 회복(오른쪽). 출처: 이태우 외, Nature Biomedical Engineering

이에 공동연구팀은 생체 신경섬유의 구조와 기능을 모사하는 신축성 인공 신경을 이용해 문제를 해결하고자 했다. 신축성 인공 신경은 근육의 움직임을 감지하는 ‘고유수용기’를 모사한 인장 센서, ‘생체 시냅스’를 모사하는 유기 인공 시냅스, 다리 근육에 신호를 전달하기 위한 하이드로젤 전극으로 구성돼 컴퓨터를 통한 복잡한 계산 과정 없이 생체 신경 신호를 모사해 근육에 신호를 전달해줄 수 있다. 실험 결과 척수손상 등으로 인해 하반신이 마비된 쥐는 인공 신경이 보내는 전기신호를 통해 다리 근육을 움직여 공을 차거나 런닝머신 위에서 걷고 뛰는 등 자연스러운 움직임을 보였다.

공동연구팀은 “이를 통해 척수손상, 말초신경 손상 등과 같은 신경 손상에 대한 새로운 해결책 및 전략 제시가 가능할 것으로 기대된다”면서 “앞으로 쥐와 같은 설치류뿐만 아니라 사람에 대한 임상 적용을 위해 지속적으로 해당 연구를 진행할 의지가 있다”고 했다.

고병찬 기자 [e-mail]