한빛사 인터뷰
- 등록2024-07-15
- 조회368
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
신경과학 분야에서 체외 배양 신경 조직 모델은 신경 세포들의 기능을 이해하기 위한 실험 모델로 널리 사용되어 왔습니다. 최근에는 3차원 신경 네트워크 모델이 기존의 2차원 모델에 비해 더 다양한 네트워크 활동과 생체 조건에 가까운 유전자 발현을 보여 주목받고 있습니다. 3차원 신경 네트워크 모델은 3D 바이오프린팅, 미세생리학 시스템, 뇌 오가노이드 같은 엔지니어링 배양 플랫폼을 기반으로 발전하여, 단순한 네트워크 구조를 넘어 생체 뇌 속 네트워크 구조를 모방하고 있습니다. 이들의 기능적 활성도를 이해하기 위해 미세전극 어레이(MEA)를 사용하여 높은 시간 해상도의 활동 변화를 기록하는 시도가 이루어지고 있습니다.
3차원 신경 네트워크 모델의 기능적 활성도를 측정하기 위해 사용되는 MEA는 크게 두 종류로 나뉩니다. 첫 번째는, 미세전극이 3차원으로 배열된 3D MEA로 신경 세포들의 활동을 분석하는 방식입니다. 이 방식은 3D 공간에 위치한 뉴런을 샘플링할 수 있다는 장점이 있지만, 제작 과정이 복잡하여 많은 신경과학 연구자들이 접근하기 어렵습니다. 다른 접근 방식은 3D 신경 네트워크 모델을 2차원 평면에 배열된 2D MEA와 인터페이싱하는 것입니다. 이 방식은 3D MEA보다 제작이 덜 복잡하고 상용화된 2D MEA 기술을 활용할 수 있어 기술적으로 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 그러나 2D MEA는 바닥의 미세 전극과 3차원 공간에 분포된 뉴런 간의 물리적 결합이 약해 신호를 측정할 수 있는 전극의 수가 적다는 단점이 있습니다.
이번 연구에서는 상용 2D MEA의 미세전극과 3차원 신경 네트워크를 구성하는 신경세포 간의 물리적 결합을 개선하기 위한 신경 클러스터 인터페이스를 개발했습니다. 이를 위해 소수의 신경세포로 구성된 신경 클러스터를 마이크로 전극 위에 패터닝하여 3차원 신경 네트워크와 마이크로 전극을 연결하는 매개체로 사용했습니다. 미세전극에 패터닝된 신경 클러스터는 미세 전극과 높은 물리적 결합력을 가지며 3차원 신경 네트워크와 기능적으로 연결돼 3D 신경 네트워크의 활동을 기록하는 매개체 역할을 성공적으로 수행했습니다. 이 인터페이스를 통해 높은 활성 채널 비율로 기록된 3차원 신경 네트워크의 활동을 한 달 동안 안정적으로 측정할 수 있었습니다. 우리의 인터페이스는 다양한 유형의 엔지니어링된 3차원 신경 네트워크와 결합하여 3차원 신경 네트워크 모델의 신경생리학적 활동을 더 잘 이해하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
저는 현재 KAIST 바이오및뇌공학과 신경공학 연구실 (Neural Engineering Lab, NEL)에서 남윤기 교수님께 지도를 받으며 박사과정 중에 있습니다. 저희 연구실에서는 Brain-on-a-chip 플랫폼을 기반으로 크게 4가지 분야에 대한 기술들을 활발히 개발하고 있습니다. (1) Neural interface, (2) In vitro neural network model, (3) Neural activity modulation, (4) Neural activity analysis algorithm. 그 중에서도 저는 Neural interface와 In vitro neural network model 분야에서 3차원 신경 인터페이스 개발 및 3차원 신경 네트워크 모델 제작 기술에 관심을 가지고 연구에 참여하고 있습니다. 이번에 소개된 패터닝된 신경 클러스터 기반의 3차원 신경 인터페이스 기술과 같이 3차원 신경 네트워크 모델에서 발생하는 신경 활성도를 보다 효과적으로 측정할 수 있는 새로운 신경 인터페이스에 대한 기술을 연구하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
이번 연구를 진행하면서 많은 것을 배울 수 있었습니다. 실험 중 여러 번의 실패를 겪고 연구 방향을 수차례 수정하는 등 많은 고난이 있었지만, 이러한 경험들이 연구를 이해하는 데 큰 도움이 되었습니다. 선배님들께 배운 다양한 기술을 저만의 방식으로 발전시키고 새로운 기술로 개발하는 과정을 통해 하나의 개연성 있는 스토리를 만들어 논문으로 완성했을 때 큰 보람을 느꼈습니다. 또한, 이러한 과정을 직접 해결해 나가면서 "결국 하면 된다"는 자신감을 얻게 되었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
Bioengineering 이라는 분야가 공학적 지식 뿐만 아닌 생물학적 지식을 동시에 활용하며 연구할 수 있다는 점에서 매우 흥미롭게 느껴졌습니다. 저는 바이오및뇌공학과에서 학부과정을 거치며 생물, 전산, 전자, 광학 등 다양한 분야를 공부할 수 있었고, 이를 바탕으로 대학원에 진학해서는 문제에 대해 다방면으로 접근할 수 있는 관점의 유연성에 대해 배울 수 있었습니다. 여러 분야에 대해 관심이 많고 이들을 융합시켜 새로운 공학적 기술을 개발하고자 하는 분들에게는 이 분야에 흥미를 느끼지 않을까 생각 듭니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
개발한 3차원 신경 네트워크 모델의 활성도를 보다 효율적으로 측정할 수 있는 신경 인터페이스를 활용하여 아직 연구가 활발히 진행중인 3차원 신경 네트워크 모델의 기능적 활성도 특성에 대해 자세히 조사를 진행할 계획입니다. 또한 3차원 신경 네트워크 속 3차원 공간에 배열되어 있는 신경 세포들의 활성도를 직접적으로 측정할 수 있는 구조를 지닌 3차원 신경 인터페이스를 제작하는 것이 추후 계획입니다. 이를 통해 뇌 오가노이드, 생체 뇌 조직과 같은 다양한 3차원 신경 네트워크들이 품고 있는 비밀들을 밝혀내는데 기여할 수 있는 연구자가 되고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
많은 연구 기회를 통해 넓고 자유로운 생각을 할 수 있는 연구 환경을 제공해주시고 열정적으로 지도해주신 KAIST 남윤기 교수님께 감사드립니다. 그리고 제 연구를 지지해준 모든 연구실 구성원들께도 감사드립니다. 항상 저를 믿고 응원해주시는 부모님께도 감사드리며, 사랑한다고 전하고 싶습니다.
#3D neuronal network
#Microelectrode array
#Hydrogel
댓글 작성 로그인
팝업 닫기관련 링크
관련분야 연구자보기
소속기관 논문보기
관련분야 논문보기
해당논문 저자보기
