 우리 연구실 홍나리 박사과정 연구성과가 언론을 통해 소개되었습니다. (2021/01/06)
출처(카이스트 홈페이지): https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=11830 신경 네트워크의 연결을 실시간으로 조절 가능한 신경 칩 플랫폼 개발 우리 대학 바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀이 나노입자 기술을 기반으로 시험관 조건에서 배양한 신경 네트워크의 연결을 실시간으로 조절할 수 있는 신경칩 플랫폼을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구는 신경 네트워크의 구조를 조절하기 위한 기존의 많은 세포 형태화 기술이 세포 배양 이전 단계에만 적용 가능한 데 반해, 네트워크의 발달 및 성숙 단계에서도 도입할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다. 바이오및뇌공학과 홍나리 박사과정(지도교수:남윤기)이 주도한 이번 연구 결과는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 12월 9일 字에 게재됐다. (논문명: Thermoplasmonic neural chip platform for in situ manipulation of neuronal connections in vitro) 우리 뇌의 복잡한 구조를 모방하는 신경 네트워크 모델을 체외 조건에서 구현하기 위해서는 신경세포의 위치와 연결을 원하는 구조에 맞춰 정렬하는 기술이 필요하며, 이를 위해 다양한 방식의 미세공정 기법을 통한 신경세포 형태화 기술이 개발돼왔다. 그러나 이러한 기술들은 세포를 배양하기 전에 배양기판의 표면을 개질하는 방법을 기반으로 하고 있어 배양 초기 단계에서 원하는 네트워크의 구조를 통제하는 것은 가능하나, 이후 수일 또는 수 주에 걸친 세포 간 네트워크 형성 과정 중에 네트워크 연결을 조절하는 것이 매우 어렵다는 단점이 있었다. 연구진은 세포 배양 중에도 신경 네트워크의 구조와 기능을 실시간으로 조절할 수 있는 기술을 개발하기 위해, `아가로즈 하이드로겔 (agarose hydrogel), 금 나노막대, 미세 전극 칩' 기반의 신경 칩 플랫폼을 제작했다. 해초로부터 추출한 물질로 조직공학 분야에서 활용되고 있는 아가로즈 하이드로겔은 신경세포의 흡착을 방해하는 세포 반발성을 가지고 있어, 배양기판 상에 다양한 형태의 패턴을 제작해 이 물질이 없는 영역에만 한정적으로 신경 네트워크를 형성시킬 수 있다. 또한 아가로즈 하이드로겔은 열에 의해 녹는 특성이 있어, 국소적인 열을 통해 특정한 위치의 하이드로겔을 제거할 수 있다. 연구진은 원하는 영역에만 국소적 열을 발생시키기 위한 매개체로 금 나노막대를 사용했다. 금 나노막대는 근적외선을 선택적으로 흡수해 열을 발생시킬 수 있는 광열 특성이 있다. 마지막으로 미세 전극 칩은 신경세포의 전기적 신호를 비침습적으로 장기간 측정한다. 연구진은 배양기판인 미세 전극 칩 위에 금 나노막대 층을 형성하고, 그 위에 미세 패턴을 지닌 아가로즈 하이드로겔 층을 제작함으로써, 각 미세 패턴 안에 독립된 신경 네트워크들을 구축했다. 다음으로 개발된 플랫폼을 통해 세 가지의 다른 조작 방식으로 신경 네트워크의 구조와 기능을 조절할 수 있음을 실험적으로 확인했다. 첫 번째로는, 금 나노막대 층에서 발생하는 열을 통해 네트워크 사이에 하이드로겔을 국소적으로 제거했으며, 제거된 영역을 따라 신경돌기(축삭)가 생장해 새로운 신경 연결이 생성됨을 확인했다. 두 번째로는, 네트워크를 연결하고 있는 신경돌기에 직접 열을 가함으로써 원하는 신경 연결을 선택적으로 제거할 수 있음을 관찰했다. 이러한 신경 연결의 생성과 제거 기술을 미세 전극 칩 상에서 실행함으로써, 연구팀은 네트워크의 구조적 변화에 의한 기능적 연결성을 분석할 수 있었다. 세 번째로는, 광열 자극을 이용한 신경 활성 억제 현상을 이용해 개별 네트워크의 활성 변화를 조절하면서 서로 연결된 네트워크 간의 기능적 연결성을 대응시킬 수 있음을 확인했다 이번 연구의 교신저자인 남윤기 교수는 "이번 연구에서 개발된 신경 세포 칩 플랫폼은 신경회로의 구조와 기능을 세포 발달과정 중에 조절할 수 있다ˮ며, "앞으로 뇌신경과학 연구를 위한 다양하고 복잡한 형태의 체외 신경 모델을 구현하는 데 활용될 것으로 기대된다ˮ고 말했다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업(도약연구)와 글로벌박사양성사업 지원을 받아 수행됐다. 전자신문 보도: www.etnews.com/20210106000065  남윤기 교수, 뇌질환 치료용 나노입자 프린팅 기술 개발
우리 대학 바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀이 잉크젯 프린팅으로 마이크로미터 수준의 열 패턴을 마음대로 찍어내고, 이를 이용해 원격으로 신경세포의 전기적 활성을 제어할 수 있는 기술을 개발했다. 선택적 나노 광열 신경자극이라 할 수 있는 이 기술은 잉크젯 프린팅 기술과 나노입자 기술을 융합한 것으로 뇌전증 등의 뇌질환 환자들에게 맞춤형 정밀 광열 자극을 도입할 수 있는 기반기술이 될 것으로 기대된다. 강홍기 박사가 주도하고 이구행, 정현준, 이지웅 박사과정이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 2월 5일자에 게재됐다. KAIST, 빛과 열로 신경세포 활성 억제 성공 빛과 열로 신경세포 활성을 억제할 수 있는 길이 열렸다. KAIST는 남윤기·박지호 바이오 및 뇌공학과 교수 연구팀이 신경세포 활성을 억제할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다고 30일 밝혔다. 뇌기능 연구와 뇌질환 치료에 활용될 것으로 기대된다. 연구결과는 최근 나노분야 국제학술지 `에이시에스 나노(ACS Nano)` 온라인판에 게재됐다. 연구팀은 근적외선을 선택적으로 흡수하는 금 나노막대를 합성한 후 생체 친화성을 갖는 중합체(polymer)로 코팅해 신경세포 칩 표면에 결합했다. 신경세포 칩 상 금속 전극은 금 나노막대가 결합한 후에도 전기적 특성이 변하지 않아 신경세포 활성 측정에 적합하다. 연구팀은 전기적으로 신경세포 활성을 측정하는 동시에 광열 자극으로 신경세포 활성을 억제한다는 것을 확인했다. 이 기술은 유전자 조작 없이도 빛으로 활성 조절이 가능하다. 남윤기 교수는 “나노입자와 신경세포를 결합해 새로운 자극 플랫폼을 제시했다”며 “기존 전기적 신경 시스템을 활용하는 동시에 광열 자극으로 신경세포 활성을 자유롭게 억제할 수 있다”고 말했다. KAIST 언론보도 press release (link) 전자신문 (link) (pdf) 동아사이언스 (link)  BRIC 한빛사에 주성훈 학생의 최근 PNAS 논문 인터뷰가 실렸습니다. 인터뷰 링크
Sunghoon interviewed with BRIC concerning his work published in PNAS . "굴곡 심한 표면 위에서 신경세포 더 빠르게 성장".. 최인성·남윤기·이진석 교수 공동연구…"신경재생 등 분야 응용 기대"  우리 연구실과 KAIST 화학과 최인성교수, 숙명여대 화학과 이진석 교수 연구팀이 공동으로 연구한 나노굴곡구조 표면에서의 신경세포 성장 및 발달에 대한 연구결과가 국내 뉴스로 보도되었습니다.
연합뉴스 기사링크 신경세포 배양 바이오칩 개발...KAIST 바이오및뇌공학과 남윤기 교수와 고려대 의대 선웅 교수 공동연구진  우리 연구실과 고려대학교 해부학교실(선웅 교수)이 공동으로 연구한 새로운 신경세포칩 연구결과가 국내 뉴스로 소개 되었습니다.
연합뉴스 기사 전자신문 기사 BRIC동향 기사 (Link) MinJee's recent work published at Journal of Neural Engineering has been highlighted in mass media. "Triangles guide the way for live neural circuits in a dish Korean scientists have used tiny stars, squares and triangles as a toolkit to create live neural circuits in a dish.
Published today, 20 July, in IOP Publishing’s Journal of Neural Engineering, the study, by researchers at the Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), found that triangles were the most effective shape for helping to facilitate the growth of axons and guide them onto specific paths to form a complete circuit.
Co-author of the study, Professor Yoonkey Nam, said: “Eventually, we want to know if we can design a neural tissue model that biologically mimics some neural circuits in our brain.” 최인성·남윤기 카이스트 교수팀 신경세포 성장돕는 나노기판 개발
최근 게재된 우리 연구실 성과가 2010년 12월 31일에 소개되었습니다. (기사 링크) 최인성(41·사진) 한국과학기술원(카이스트) 화학과 교수 연구팀은 29일 신경세포(뉴런)가 자라는 데 가장 적합한 나노기판을 개발했다고 밝혔다. 연구팀의 성과는 미국 매사추세츠공대(엠아이티) 화공학과 박사후 연구원으로 있는 조우경(31) 박사를 제1저자로 독일에서 발간되는 화학분야 저명학술지 <안게반테 케미> 표지논문(27일치)으로 실렸다. 남윤기(37) 카이스트 바이오·뇌공학과 교수 연구팀과 공동으로 진행한 연구에서 연구팀은 신경세포가 성장하는 데 생물학적, 화학적 조건만큼이나 물리적 조건도 영향을 끼친다는 데 주목해 여러 가지 형태(위상)의 산화알루미 기판을 만들어 실험했다. 실험 결과 신경세포는 나노(1㎚=10억분의 1m) 크기로 올록볼록한 상태(위상)에서 잘 자라며, 특히 오목한 중심(피치) 사이의 거리가 특정한 범위에 있을 때 성장률이 가장 크다는 것을 밝혀냈다. 피치가 너무 작으면 신경세포가 평평한 기판에서 자라는 정도와 차이가 없는 데 비해 피치가 400나노미터 정도가 되면 성장이 훨씬 빨라졌다. 조우경 박사는 “특정 나노 수준의 위상이 신경세포의 말단 구조물인 신경돌기의 성장을 조절할 수 있는 도구가 될 수 있음을 밝힌 연구로 앞으로 신경세포 성장을 위한 지지체 제작 때 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. |
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