여러 마리 물고기의 뇌파를 동시에 측정하는 기술 개발

- DGIST 김소희 교수팀, 여러 마리의 제브라피쉬를 대상으로 한 뇌파(EEG) 동시 측정 기술 개발-

- 뇌전증 치료약 검증에도 성공...뇌신경계 질환 신약 개발 연구의 정확도와 효율성 향상 기대돼-

DGIST 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 여러 마리 성체(成體) 제브라피쉬의 뇌파를 동시에 측정하는 기술 개발과 이를 활용한 뇌전증 치료약의 효과 검증에 성공했다. 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 기대된다.

제브라피쉬는 척추동물로, 인간과 70% 유사한 유전정보와 생체기관을 갖고 있다. 따라서 신약 개발 단계 중 첫 단계로 세포를 대상으로 한 기초연구단계와 다음 단계인 설치류 대상 비임상시험 단계 사이에 사용될 동물로 주목받고 있다. 이러한 제브라피쉬를 여러 마리 활용하면 투입된 약물이 주는 영향을 신속하고 정확히 관찰할 수 있다. 이는 효과 있는 신약 후보물질을 초기에 스크리닝 할 수 있어, 연구비용과 시간을 대폭 줄일 수 있는 장점이 있다.

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 했다. 이를 통해 여러 마리에서 장시간의 비침습적1) 뇌파 측정이 가능하다. 이는 한 번에 제브라피쉬 한 마리만의 뇌파 측정이 가능하던 기존 기술의 한계를 극복한 것이다. 또한 김 교수팀이 개발한 방식은 유닛을 손쉽게 확장 가능해, 동시 측정 가능 개체 수를 손쉽게 늘릴 수 있고, 뇌파 측정 후 제브라피쉬를 다시 수조로 돌려보내 장기간의 추적 관찰도 가능하다.

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

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 말했다.

한편, 본 연구는 DGIST 학부 및 석사과정 졸업생인 로봇공학전공 이유현 연구원이 제1저자로, 김소희 교수가 교신저자로 참여했다. 이번 연구 결과는 바이오센서 분야 국제학술지인 ’바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)’ 지에 온라인 게재됐으며, 과학기술정보통신부 뇌과학원천기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

YTN Science: https://science.ytn.co.kr/program/program_view.php?s_mcd=0082&key=202006171606084748

매일신문: https://news.imaeil.com/Society/2020061713514738123

서울신문: https://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20200617500041&wlog_tag3=daum

전자신문: https://www.etnews.com/20200617000047

헤럴드경제: http://news.heraldcorp.com/view.php?ud=20200617000140

파이낸셜뉴스: https://www.fnnews.com/news/202006170949135685

한국일보: https://www.hankookilbo.com/News/Read/202006171155314132?did=DA&dtype=&dtypecode=&prnewsid=

아시아경제: https://www.asiae.co.kr/article/2020061708421003608

EurekAlert: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/dgi-caw062920.php

Bioengineer.org: https://bioengineer.org/casting-a-wider-net-new-system-measures-brain-activity-of-several-zebrafish-concurrently/

Science Codex: https://www.sciencecodex.com/casting-wider-net-new-system-measures-brain-activity-several-zebrafish-concurrently-650638

Technology Networks: https://www.technologynetworks.com/tn/news/the-fish-fixer-new-advances-in-studying-zebrafish-could-yield-insight-into-disease-336786