최근 뇌 지도 제작, 뇌질환 극복을 위한 중개연구, 말초신경용 전자약 개발 등을 수행하기 위한 도구로써, 신경 인터페이스에 대한 중요성이 급속도로 증가하고 있습니다. 하지만 현재의 신경 인터페이스는 주로 조직보다 강도가 수천배 이상 큰 물질로 제작되어, 삽입시 장기적으로 조직손상을 일으킴으로써 임플란트의 수명을 단축시키고, 측정 신호의 신뢰도를 떨어뜨린다는 문제를 가지고 있습니다. 이를 극복하기 위해 최근 초소형 실리콘/폴리머 기반의 마이크로 신경 디바이스 제작 연구가 이루어지고 있으나, 아직까지는 디바이스의 크기와 구성 재료의 물성이 모두 뉴런과 유사한 신경 인터페이스는 제작되지 못하고 있는 상황입니다.

또한 현재의 디바이스는 삽입 시에 세포 사멸을 초래하고 세포의 이동을 가로막는 형태이기 때문에, 기존 조직에 잘 융화되지 않고 뉴런과 전극사이의 거리를 멀어지게 만든다는 단점을 가집니다. 따라서 이를 해결하기 위한, 신경 인터페이스용 조직공학 전략이 반드시 필요하다고 할 수 있겠습니다. 또한 장치 이식 후 발생하는 뉴런 사멸 및 조직 섬유화 현상은 그 시기에 따라 원인이 매우 복잡하고 다양하므로, 조직 파괴를 효과적으로 방지하고, 조직의 복구를 촉진하기 위한 방법 또한 요구됩니다.

본 연구에서는 삽입시 조직의 파괴를 최소화하고 장기간 쓸림반응을 억제하기 위한 초소형, 생체적합형 신경 인터페이스를 제작함과 동시에, 해당 디바이스로 인해 발생하는 미세손상 및 면역반응을 조직공학적 전략을 통해 극복/복구하는 방법을 통하여, 초장기간 안전하고 안정적인 사용이 가능한 차세대 ‘완전 생체융합형 신경 인터페이스’를 개발하고자 합니다.

해당 목표를 이루기 위한 방법으로써, 우선 조직과 유사한 기계적 물성을 가지는 하이드로젤 및 액체금속 복합체 기반의 다기능 마이크로 파이버형 디바이스를, 열 인발 공정이라는 특수 기술을 통해 제작하고자 합니다. 이 때 해당 파이버들은 최소 조직손상을 위해 뉴런과 유사한 크기로 제작되며, 광유전학을 통한 정밀 자극, 단일신경수준의 신호 측정, 화학 및 생체물질 전달이 모두 가능한 형태로 제작될 것입니다.

이후 단계별 약물전달 및 세포침투가 가능한 생분해성 하이드로젤을 줄기세포와 함께 다채널 파이버 어레이에 융합, 삽입 시 발생하는 손상부위에 빠른 신경재생을 유도하고 면역세포층 형성을 억제함으로써 인터페이스와 신경조직간의 완전한 3차원적 융합을 유도하고자 합니다. 이 때 단계별 약물적용은 각각 단기-면역반응 저해, 중기-활성산소 감소, 장기-신경재생 촉진을 목표로 할 것입니다.

해당 연성소자/조직공학 전략들이 결합된 생체융합형 스텔스 신경인터페이스 개발은, 초장기간 동물대상 뇌/말초신경 관련 연구를 위한 새로운 도구뿐만 아니라, 사용자가 이식 후에도 삽입여부를 평생 인식하지 못한 채로 안전하게, 고성능으로 작동하는 차세대 신경 인터페이스 실현의 밑거름이 될 수 있을 것으로 전망됩니다.