차명훈 교수, 공과대학 전기전자공학부 유기준 교수와 공동연구
현재 사용되는 삽입형 전기자극 장치, 금속 소재로 MRI 촬영 불가
전기 흐르는 생체친화적 고분자 소재 'PEDOT:PSS' 이용
화합물 '에틸렌글리콜' 특수 처리 '전도성 생체전극' 개발
논문, 국제학술지 'Advanced Functional Materials 최신호'에 게재
[보건타임즈] 파킨슨병, 뇌졸중과 같은 다양한 신경질환에 사용할 수 있는 높은 안전성과 정밀도를 가진 새로운 소재의 이식형 장치가 개발됐다(논문보기).
연세대학교 의과대학 생리학교실 차명훈 교수(사진 좌)와 공과대학 전기전자공학부 유기준 교수(우) 연구팀은 높은 전기전도성으로 전기적 신경조절이 가능하면서 자기공명영상(MRI) 촬영 시 안전성을 높인 새로운 PEDOT:PSS(유기 반도체 물질) 소재의 'MRI-compatible PEDOT'를 개발했다고 1일 이같이 발표했다.
대표 신경퇴행성 질환 파킨슨병, 뇌졸중 등은 신경세포의 비정상적 활동으로 발생한다.
이들 질환은 약물로 치료가 가능할 수가 있지만, 증상이 심해졌을 땐 진행을 늦출 수 있을 뿐 근본적인 치료는 어렵다.
최근엔 신경세포의 활동을 관찰하면서 정밀조절이 가능한 전기자극 장치를 질환 부위에 삽입해 손상된 신경회로를 조절하는 외과적 수술법도 행해지고 있다.
하지만 현재 사용되는 삽입형 전기자극 장치는 금속 소재로 돼 강한 자기장을 사용하는 MRI 촬영은 불가하다는 단점이 있다.
연구팀은 전기적 신경조절이 가능하면서 MRI에서 안정적 촬영이 가능한 이식형 장치를 개발했다.
전기가 흐르는 생체친화적 고분자 소재 'PEDOT:PSS'를 이용했다.
소재가 가진 낮은 전기전도성을 문제를 해결하기 위해 PEDOT:PSS에 화합물 에틸렌글리콜(ethylene glycol)을 특수 처리해 반도체 공정 수준의 미세한 전도성 생체전극(MRI-compatible PEDOT)을 개발했다.
연구팀은 MRI-compatible PEDOT의 안전성 검증을 위해 시험 테스트를 했다.
기존 전극의 경우 MRI와 같은 고 자기장 의료환경에서 불안전성으로 이미지 변성이 일어나 결과물 확인이 어려웠던 반면 MRI-compatible PEDOT은 선명한 결과물을 보이며 안정적 사용이 가능했다. (그림)
또 연구팀은 동물모델에서 MRI-compatible PEDOT이 뇌피질 전기자극을 통해 즉각적이면서 효과적인 신경조절이 가능함은 물론 뇌의 미세한 활성 신호를 감지하는 데 뛰어난 적합성을 보이는 것을 확인했다.
차명훈 교수는 "이 연구를 통해 기존 신경 임플란트 환자의 의료 영상 촬영 시 발생할 수 있는 잠재적 위험을 제거함은 물론 신경조절 치료의 가능성을 확인할 수 있었다"면서 "이 기술은 파킨슨과 뇌졸중 등 신경퇴행성 질환 치료에 사용될 수 있을 것"이라고 기대했다.
이 연구 결과를 상세하게 정리한 논문은 'MRI-Compatible, Transparent PEDOT:PSS Neural Implants for the Alleviation of Neuropathic Pain with Motor Cortex Stimulation'이란 주제로 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 19.924) 최신호'에 게재했다.
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