NT,BT,IT 융합기술, ‘Si-based Neurodevice 나노바이오 융합기술’

신경기술 분야 중 가장 주목을 받고 있는 분야, 신경소자 기술

고령화 사회에 다가갈수록 신경관련 질환 환자들의 치료 방법 중 신경질환 진단 및 치료와 관련된 신기술 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 특히 신기술을 바탕을 둔 신경질환 진단 및 치료 산업은 새로운 블루오션 사업으로 급부상하고 있다. 박승한 단장은 “신경질환 관련 기술은 크게 신경제약, 신경진단, 신견소자 기술로 나눌 수 있습니다. 신경기술 분야 중 가장 주목을 받고 있는 분야는 NT, IT, BT가 융합되어 시너지 효과를 극대화할 수 있는 신경소자 기술분야입니다”라며 신경기술의 현황을 설명했다.
연세대학교 신경과학기술 융합연구단이 개발하고자 하는 기술명은 ‘Si-based Neurodevice 나노바이오 융합기술’이다. 실리콘 반도체 고집적기술을 이용한 나노와이어 array 기반 신개념지능형 신경소자를 개발하고, 이를 이용하여 신경질환의 진행을 억제하거나 손상된 신경의 재생 및 그 기능을 복원 또는 대체하고자 하는 타킷 지향형 원천융합기술로서 4가지 핵심 요소기술로 구성되어 있다.
첫째, 신경손상을 최소화하여 신경세포가 살아있는 상태에서 신경신호의 검출은 물론 신경재생 및 치료를 위한 지능적인 전기 자극을 나노 크기의 공간 분해능에서 가할 수 있는 생체 친화적 나노와이어 array 소자 제작 기술 이다. 이는 NT에 해당하는 기술로 삽입 시 신경세포에 손상을 주는 기존의 마이크로 크기의 신경소자의 문제점을 해결하기 위한 기술이다. 두 번째, 소수의 신경소자에 의한 단편적인 전기 자극을 통하여 치료하는 기존의 신경질환 치료 수준을 획기적으로 극복할 수 있는 나노 와이어 array 탐침에 지능적 전기 자극을 줄 수 있는 CMOS 기반 신경칩 구현기술이다. NT와 IT의 융합기술이다. 셋째, ‘나노와이어 array’와 ‘CMOS 기반 신경칩’을 조합하여 생체 친화적 신호측정, 분석 및 조절이 가능한 신경신호 제어 기술은 현재의 단일세포 분석기술만으로는 불가능한 복잡한 신경 및 신경망 신호제어를 책임진다. 이는 IT와 BT의 융합기술이다. 마지막 기술은 삽입된 신경칩을 이용하여 지능적 전기적 자극을 주었을 때 발생하는 tissue 또는 in vivo 상태에서 발생하는 신경 및 신경세포의 신호 전달 메카니즘을 규명하기 위한 고분해능 이미징 기술 및 패치클램프 기술로 NT, BT, IT 융합기술이다.
신경과학기술 융합연구단이 연구 중인 NT, IT, BT 기술의 융합은 새로운 신경소자 기술개발의 핵심이자 유기적으로 결합된 융합기술로 이루어져 있는 이종신기술간, 다학제간 도입기 분야의 길목기술인 것이다.

신경소자 분야의 원천특허 및 첨단기술의 확보 통한 기술적 우위 기대

소득수준의 향상과 함께 삶의 질 측면이 경제 사회적으로 중요한 이슈로 부각이 된지 이미 오래다. 교육과학기술부에서 조사한 과학기술예측조사(2005-2030)에 따르면 2030년까지 우리 미래사회는 복지 관련 분야에 대한 수요를 중시하고 있는 것으로 분석된다고 한다.
이를 대비해 정부가 국민의 복지향상을 위해 수립한 ‘비전 2030’을 실현하기 위해서는 기존 기술을 뛰어넘는 신기술 개발이 시급하다. 특히 의료보건 등 복지 관련 분야의 현안해결을 위해서는 기술간 융합을 통한 원천기술의 확보가 필요하다.
선진국의 예를 보더라도 이러한 신경재생 또는 치료와 같이 개인뿐 아니라 국민복지와 관련한 공공적 성격이 강한 복지, 안전, 건강 분야에 대해서는 미래수요가 급속도로 증가할 것으로 예상되어 원천융합기술의 확보가 강조되는 추세에 있다. 특히 신경소자는 신경의 제어를 통해 치료는 물론 인간의 감정, 인지 활동 등의 뇌 과학 분야의 복원이 불가능한 신경을 대체 할 수 있는 신경망 재생 및 치료 등 새로운 시장 차출과 그 응용성 무한한 것으로 평가받고 있는 분야다.
현재 단순한 전기신호를 통한 자극으로 치료하는 기술은 수십 마이크로미터 크기의 단일소자로 이루어진 신경소자 치료에 한계가 있다. 이를 극복하기 위해서는 나노 크기의 배열 신경 소자의 개발이 절실한 것이다.
연세대 신경과학기술융합연구단의 개발하고자 하는 ‘나노와이어 array 기반 신개념 지능형 신경소자’ 기술은 기존의 마이크로 과학기술의 한계를 극복할 신기술로 더욱 의미가 있다. ‘나노와이어 array 기반 신개념 지능형 신경소자’가 성공적으로 개발된다면 수 만개 이상의 신경신호 처리를 단시간 내에 할 수 있을 뿐만 아니라 신경망을 대체할 수 있으며 그 기능의 구현이 가능하도록 유도할 수 있어, 뇌졸중, 치매, 파킨스 등의 노인성 신경질환, 척추신경 마비와 같은 신경마비 관련 질환, 시각 장애와 같은 시신경 관련 질환, 근육마비 관련 질환 및 발기부전에 의한 성기능 장애 등에 대한 획기적인 치료법을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 미래원천융합기술의 확보 및 신산업 창출에 기여할 수 있으리라 기대된다.

이미 전 세계적으로 신경치료 및 신경재생에 관한 관심과 기술개발이 활발해 지고 있으며 특히 Si-based Neurodevice 나노바이오 융합기술 분야는 IT, NT, BT 기술이 서로 융합되는 기술이 증가하고 있으나 신경치료 혹은 신경재생을 기대할 수 있는 신경소자 개발에 대한 구체적인 핵심기술을 포함하는 특허는 출원되지 않고 있는 실정이다.
박 단장은 “기획연구를 통해 도출된 지능형 신경소자의 구현을 위해 개발될 핵심 IT-BT-NT 융합기술은 원천특허확보가 가능한 신기술입니다. 신경소자 분야의 혁신적이고 실질적인 핵심기술에 대한 원천특허 및 첨단기술의 확보는 향후 선진국 및 후발 추격국과의 경쟁에서 기술적 우위를 점유하고 국가과학기술의 비약적인 발전에 기여할 수 있을 것으로 생각합니다”라고 연구의의를 강조했다.
앞으로 연세대 신경과학기술 융합연구단이 신경질환 치료에 대한 새로운 대안을 제시함으로써 그 동안 신경계의 질병으로부터 고통 받았던 이들의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 기반을 마련하길 기대해본다.  

공동취재단 blend0105@sisamagazine.co.kr

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