김태일 교수팀 쥐 실험 성공

영국 소설가인 올더스 헉슬리의 1932년 책 ‘멋진 신세계’에는 먹으면 행복해지는 약 ‘소마’가 보편화된 2540년의 미래가 그려진다. 소마는 1988년 화이자의 우울증 치료제 ‘프로작’이 등장하면서 예상보다 훨씬 빨리 현실화됐다. 프로작의 기본 원리는 우울증 환자의 뇌 속에서 ‘세로토닌’ ‘노르에피네프린’ 등 신경전달 물질이 원활하게 작동하도록 하는 것이다. 과학자들은 여기에서 한 걸음 더 나가 뇌에 전자칩을 심어 행복감을 느끼게 하는 호르몬 ‘도파민’을 비롯한 신경물질들을 자유자재로 분비하도록 원격 조종하는 기술을 개발했다. 우울증이나 알츠하이머, 간질 등 각종 뇌질환 치료는 물론 뇌과학 분야에서도 획기적인 계기로 평가된다.

김태일 성균관대 화학공학과 교수와 미 워싱턴대, 일리노이대 공동연구팀은 “쥐의 뇌에 50㎛(마이크로미터:1㎛는 100만분의1m) 크기의 전자칩을 심은 뒤 원격 자극을 가해 도파민을 분비하도록 하는 데 성공했다”고 11일 밝혔다. 연구 결과는 세계적 과학저널 ‘사이언스’ 12일자에 실렸다.

연구팀은 가로, 세로 길이가 바늘구멍보다 작은 전자칩을 개발, 그 안에 온도센서, LED 광센서, 뇌파센서 등을 탑재하는 데 성공했다. 이 칩은 신체 내부에서 일어나는 다양한 반응을 칩과 연결된 센서를 통해 실시간으로 확인할 수 있는 것은 물론 자극도 가할 수 있다. 휘어지는 성질을 가져 장기나 조직에 손상을 주지 않으며 이식도 가능하다.

연구팀은 쥐의 뇌에서 도파민이 분비되는 곳을 찾아 이 전자칩을 이식했다. 이어 전자칩에 무선으로 신호를 보내자 빛이 발생하면서 뇌에 자극이 가해져 도파민이 분비되는 것을 확인했다. 주변 환경이 아니라 외부의 조종에 따라 쥐가 쾌감을 느낄 수 있도록 한 것이다. 실제로 연구팀이 쥐를 용기에 넣고 도파민이 분비되도록 조종하자 쥐는 다른 곳으로 이동하지 않고 일정한 장소에만 머물렀다. 김 교수는 “분비된 도파민이 쥐에게 행복감을 주기 때문에 그 자리에 계속 있으려는 것”이라며 “전자칩을 이식한 쥐는 자유롭게 움직이는 것뿐 아니라 이식으로 인한 행동 이상이나 정신불안 증세 등 어떤 부작용도 보이지 않았다”고 설명했다.

사이언스는 이 연구가 뇌과학 연구 및 뇌질환 치료에 무한한 가능성을 제시한 것으로 평가했다. 이 전자칩을 사람에게 이식하면 복잡한 기계나 뇌전도 기구 없이도 뇌파를 측정하고, 뇌질환을 진단하는 것은 물론 자극을 통해 뇌질환까지 근본적으로 치료할 수 있을 것으로 기대된다. 김 교수는 “인체 내의 신호를 인공적으로 제어할 수 있다는 점에서 뇌뿐 아니라 모든 인체장기와 신진대사, 로봇 등에도 활용할 수 있을 것”이라고 전망했다.

박건형 기자 kitsch@seoul.co.kr