기계공학과 조동우 교수, 장진아 교수(기계공학과·IT융합공학과·생명과학과·융합대학원), 배미현·김정주 박사 등이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 International Journal of Extreme Manufacturing에 게재됐다.

연구팀이 개발한 인공 뇌 모델 ‘BENN(Bioengineered Neural Network)’은 3D 프린팅 방식으로 뇌 구조를 층층이 쌓아 만든 것으로, 실제 뇌와 마찬가지로 회백질과 백질로 구분된 구조를 구현한 것이 핵심이다.

회백질은 신경세포의 본체가, 백질은 이들의 축삭이 정렬된 정보 전달 통로에 해당한다.

연구팀은 이 인공 뇌에 전기 자극을 가해 신경세포들이 실제 뇌처럼 정해진 방향으로 길게 자라도록 유도했고, 세포들이 자연스럽게 연결되며 정보 전달 회로를 형성하는 데 성공했다.

실시간 칼슘 이온 반응 관찰 결과, BENN은 전기 신호 주고받기 등 실제 뇌와 유사한 반응을 보였다.

또한 연구팀은 이 모델을 이용해 알코올이 뇌에 미치는 영향을 실험했다.

사회적 음주 수준인 0.03%의 에탄올을 3주간 매일 주입한 결과, 회백질 영역에서는 알츠하이머 관련 단백질이 증가하고, 백질 영역에서는 신경섬유가 손상되는 등 뚜렷한 변형이 관찰됐다. 이는 뇌 영역별로 알코올이 유발하는 생물학적 변화를 실시간으로 시각화한 첫 연구 사례다.

조동우 교수는 “이전에는 관찰하기 어려웠던 뇌의 신경망 연결 상태와 전기 반응까지 분석이 가능해졌다”며 “신경계 질환의 조기 진단과 약물 반응 평가에 중요한 전임상 플랫폼이 될 수 있다”고 밝혔다.

장진아 교수 역시 “실험실에서 질병의 초기 반응을 정밀하게 확인할 수 있는 길이 열린 셈”이라고 의미를 설명했다.

이번 연구는 범부처재생의료기술개발사업과 STEAM 연구사업의 지원으로 수행됐다.