포항공대, 인간 뇌 유사 작동 3D 뇌 모델 개발

조동우·장진아 교수 연구팀 “질환 조기 확인·치료 효과 예측 도움”

조동우 교수

포항공과대학교는 조동우 기계공학과 교수, 장진아 기계공학과 · IT융합공학과 · 생명과학과 · 융합대학원 교수, 배미현 박사, 김정주 박사 연구팀이 실제 사람의 뇌와 유사하게 작동하는 3D 뇌 모델을 만드는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

최근 일상적인 음주 습관조차 뇌세포 손상과 관련 있다는 연구들이 나오면서 인간의 뇌 반응을 실험실에서 정밀하게 재현할 수 있는 ‘인공 뇌 모델’에 대한 필요성이 커지고 있다. 하지만 지금까지 사용된 평면적인 세포 배양 방식이나 줄기세포 기반 오가노이드(organoid, 소형 장기 모사체)는 실제 뇌처럼 복잡한 구조와 기능을 구현하는 데 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 ‘BENN(Bioengineered Neural Network)’은 마치 3D 프린터로 집을 짓듯 뇌의 구조를 층층이 쌓아 올려 만든 새로운 인공 뇌 모델로 실제 뇌처럼 ‘회백질’과 ‘백질’이라는 두 구역으로 나누어 구조를 구현한 것이 핵심이다. 회백질은 신경세포의 본체가 모여있고 백질은 신경세포의 축삭들이 정렬되어 위치하는 정보 고속도로와 같은 영역이다.

장진아 교수

BENN 모델을 활용해 알코올이 뇌에 미치는 영향을 실험한 결과 사회적 음주 수준인 0.03%의 에탄올 농도를 뇌 모델에 3주간 매일 적용했을 때 회백질 영역에서는 알츠하이머와 관련된 단백질(아밀로이드-베타, 타우 단백질)이 증가했고 백질 영역에서는 신경섬유가 휘거나 부풀어 오르는 변형이 나타났다고 연구팀은 설명했다.

조동우 교수는 “이전 모델로는 관찰하기 어려웠던 신경 연결 상태나 전기 신호 반응까지 정밀하게 분석할 수 있게 됐다”라며 “전임상 단계에서 질환을 조기에 확인하고 치료 효과를 정확히 예측하는 데 큰 도움이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구는 제조 및 소재 분야 국제 학술지인 ‘International Journal of Extreme Manufacturing’에 게재됐다.

/단정민기자 [e-mail]