살아있는 생물의 혈액 성분을 촉매로 활용해 체내에서 직접 조립되며, 빛으로 신경을 제어할 수 있는 신소재 연구 결과가 나왔다. 미국?조지아?공과대학?소속?산켓?사말(Sanket?Samal)?연구팀은 제브라피시 배아와 쥐를 대상으로 근적외선을 통해 가역적(본래 상태로 돌아갈 수 있는)으로 신경 활동을 조절하는 전도성 고분자 합성 사실을 밝혀냈다. 이번 연구는 기존의 이식형 기기가 가진 생체 거부 반응 문제를 극복하고, 정밀하게 신경을 제어할 수 있어 생체 전자 의학 분야에 새로운 방향을 제시한다는 점에서 주목받는다.
연구팀은 내인성 효소(생물체 내에 원래 존재하는 효소)인 헤모글로빈과 마이오글로빈을 촉매로 활용하는 방식을 설계했다. 이후 제브라피시 배아의 노른자와 살아있는 쥐의 뇌에 고분자를 만드는 기본 단위인 단량체를 직접 주입했다. 주입 후 물질이 체내에서 성공적으로 조립되는지 확인하기 위해 동물들의 성장 과정과 행동 변화를 면밀히 관찰했다. 또한 분광학(물질이 빛을 흡수하거나 방출하는 정도를 측정하는 방법)과 전기생리학적 기록을 통해 화학적 특성과 신경 조절 효과를 평가했다.
실험 결과, 혈액 단백이 살아있는 개체 안에서 고분자 조립을 효율적으로 유도한다는 사실이 확인되었다. 제브라피시 배아는 고분자 형성 이후에도 정상적으로 발달하고 자연스럽게 움직였으며, 주입 1주일 후 80% 이상의 높은 생존율을 보였다. 쥐 모델에서도 뇌 조직 내에 염증이나 신경세포 손실이 발생하지 않았으며, 행동 결함 없이 안정적인 고분자 물질을 형성했다. 특히 근적외선 자극으로 인해 나트륨과 칼륨 채널 활성이 변화하면서, 밀리초(1000분의 1초) 단위 내에 뇌 신경 발화가 억제되는 결과가 도출되었다.
이러한 결과는 체내에서 합성된 고분자가 외부 기질(바탕이 되는 인공 구조물) 없이도 생체 신호를 연결하는 역할을 안전하게 수행할 수 있음을 의미한다. 뇌 신경 세포 수준에서 독성이나 행동 장애를 유발하지 않기 때문에, 필요할 때만 신경 활동을 조절하는 것이 가능하다. 또한 유전자 조작 없이 저전력 근적외선 자극만으로 구동되므로 장기적인 생체 호환성을 유지할 수 있다. 이는 체내 중합 반응으로 인해 안정적인 작동이 가능해져, 향후 신체 손상을 줄이는 생체 전자 장치 개발에 기여할 것으로 보인다.
이번 연구의 저자인 산켓 사말(Sanket Samal) 연구원은 신소재가 가진 안전성과 확장성에 대해 강조했다. 사말 연구원은 "전혈 촉매를 통한 고분자 중합은 생체에 적합하고 외부 기질이 필요 없는 신경 인터페이스를 제공하며, 살아있는 동물에서 장기적인 기능을 유지한다"고 설명했다. 이어 그는 해당 소재가 낮은 전력 요구량 때문에 세포 독성이나 염증을 유발하지 않으므로, 향후 최소 침습(신체 절개나 손상을 최소화하는 수술 기법) 생체 전자 인터페이스에 새로운 패러다임을 제시할 것이라는 견해를 밝혔다.
한편, 이번 연구 결과(Blood-catalyzed n-doped polymers for reversible optical neural control; 가역적 광학 신경 제어를 위한 혈액 촉매 n-도핑 폴리머)는 2026년 4월 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
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