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이웃집과학자

여러 물고기의 뇌파, 동시에 측정

By 이웃집과학자

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DGIST 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 여러 마리 성체(成體) 제브라피쉬의 뇌파를 동시에 측정하는 기술 개발했습니다. 이를 활용한 뇌전증 치료약의 효과 검증에 성공했습니다. 해당 연구는 < Biosensors and Bioelectronics>에 게재됐습니다. 

한 마리의 뇌파만을 측정할 수 있던 기존 기술의 한계를 극복한 기술로 향후 뇌신경계 질환 치료에 쓰이는 신약 후보물질 연구의 정확도와 효율성 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대됩니다.

제브라피쉬, 신약 후보물질 연구에 쓰이는 이유

제브라피쉬는 척추동물로, 인간과 70% 유사한 유전정보와 생체기관을 갖고 있습니다. 따라서 신약 개발 단계 중 첫 단계로 세포를 대상으로 한 기초연구단계와 다음 단계인 설치류 대상 비임상시험 단계 사이에 사용될 동물로 주목받고 있습니다.


제브라피쉬.

출처AdobeStock

이러한 제브라피쉬를 여러 마리 활용하면 투입된 약물이 주는 영향을 신속하고 정확히 관찰할 수 있습니다. 이는 효과 있는 신약 후보물질을 초기에 스크리닝 할 수 있어 연구 비용과 시간을 대폭 줄일 수 있는 장점이 있습니다.

여러 마리의 제브라피쉬 뇌파 측정가능

이에 김 교수팀은 성체 제브라피쉬 여러 마리를 안정적으로 고정시켜 뇌파를 측정할 수 있는 고정유닛과 약물 주입·교환 유닛이 결합된 장치를 고안해 환경 변화 없이도 약물 교환과 연속적인 뇌파 측정이 가능하도록 했습니다.

여러 마리 제브라피쉬에서의 뇌파 동시 측정 방식.

출처DGIST

이를 통해 여러 마리에서 장시간의 비침습적 비침습적 검사(Noninvasive), 즉 인체에 고통을 주지 않고 실시하는 검사( X-선, 에코-EKG, EEG, 초음파 등)로 뇌파 측정이 가능합니다. 이는 한 번에 제브라피쉬 한 마리만의 뇌파 측정이 가능하던 기존 기술의 한계를 극복한 겁니다.


측정된 뇌파 신호의 예시.

출처DGIST

또한 김 교수팀이 개발한 방식은 유닛을 손쉽게 확장 가능해 동시 측정 가능 개체 수를 손쉽게 늘려줍니다. 뇌파 측정 후 제브라피쉬를 다시 수조로 돌려보내 장기간의 추적 관찰도 가능합니다.

약물 시험에 소요되는 시간 크게 단축될 듯

김 교수팀이 개발한 기술을 활용한다면 향후 제브라피쉬의 장점을 극대화한 신약 개발·연구가 가능할 것으로 기대됩니다. 특히 뇌신경계 질환 치료에 쓰일 수 있는 여러 후보약물들을 여러 마리의 제브라피쉬에 동시에 투입해 그에 따른 뇌파 반응을 연구하는데 있어 정확도와 효율성이 크게 개선될 것으로 기대됩니다.

또한 여러 약물을 시험하는데 소요되는 시간도 크게 단축할 수 있어 그 중 효과가 나타나는 약물들을 선별하는 초기 스크리닝 과정에 소요되는 비용과 시간을 대폭 줄일 수 있을 것으로 보입니다.

로봇공학전공 김소희 교수는 "이번에 개발한 기술은 뇌전증이나 수면 장애, 자폐증 등 다양한 뇌신경계 질환 치료를 위한 신약 후보물질의 초기 스크리닝 단계에 활용할 수 있다"며 "처리 속도가 느리다는 뇌파의 약점을 극복하고, 정확도가 높다는 뇌파의 장점을 바탕으로 약효 관련 연구를 진행할 수 있어 향후 후보물질 초기 스크리닝 단계의 성공률을 높일 수 있을 것으로 기대된다"고 말했습니다.

##참고자료##

  • Lee, Yuhyun, et al. "An EEG system to detect brain signals from multiple adult zebrafish." Biosensors and Bioelectronics (2020): 112315. 


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