e-Flower는 전자 꽃잎으로 신경 활동을 기록합니다.

신경 구형체(3D 뇌 세포 클러스터)는 신경망을 이해하고 실험실에서 신경 질환을 연구하는 데 필수적인 도구로 부상하고 있습니다. EPFL의 e-Flower는 꽃 모양의 3D 마이크로전극 어레이(MEA)로, 연구자들은 이전에는 불가능했던 방식으로 이러한 구형체의 전기적 활동을 모니터링할 수 있습니다. Science Advances 에 게재된 이 획기적인 연구는 뇌 조직의 복잡하고 소형화된 모델인 뇌 오르가노이드에 대한 보다 정교한 연구의 토대를 마련합니다.

"e-Flower를 사용하면 신경 구형체 표면의 훨씬 더 많은 부분에서 신경 활동을 실시간으로 기록할 수 있습니다. 이는 이전 도구로는 불가능했던 일입니다. 저희의 유연한 기술을 사용하면 3D 신경 모델을 손상시키지 않고도 정확한 기록을 얻을 수 있어 복잡한 회로가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다." Neuro X Institute의 소프트 생체전자 인터페이스 연구실(LSBI) 책임자이자 논문의 주저자인 스테파니 라쿠르의 말입니다.

왜 신경 구형체인가?

"우리는 이 연구에서 신경 구형체에 초점을 맞췄습니다. 왜냐하면 그것이 간단하고 접근 가능한 모델을 제공하기 때문입니다." 이 프로젝트의 주요 연구원 중 한 명인 엘레오노라 마르티넬리가 말했습니다.

신경 구형체는 뇌 조직의 핵심 기능 중 일부를 복제하는 3차원 신경 세포 클러스터입니다. 이는 여러 세포 유형을 포함하고 뇌를 더 밀접하게 모방하는 오르가노이드보다 간단합니다. Campus Biotech의 LSBI 팀은 신경 구형체 전기 생리학에 대한 오랜 경험을 가진 연구원인 조직 공학 연구소(HEPIA-HESGE)의 Luc Stoppini와 Adrien Roux와 협력했습니다.

"구형체는 실험실에서 생산하고 조작하기가 비교적 쉽기 때문에 초기 단계 테스트에 이상적입니다." 마르티넬리는 계속해서 말합니다. "그러나 우리의 목표는 결국 e-Flower를 뇌 오르가노이드에 적용하여 뇌 발달과 장애를 보다 정확하게 모델링하는 것입니다."

"오르가노이드는 신경과학 연구와 차세대 신경기술 모두에 흥미로운 인터페이스를 제공합니다."라고 스테파니 라쿠르는 말합니다. "오르가노이드는 단순화된 시험관 내 모델과 인간 뇌의 복잡성 사이의 격차를 메웁니다. e-Flower를 사용한 우리의 작업은 이러한 3D 모델을 탐구할 수 있는 중요한 단계입니다."

혁신의 배후에 있는 우연

흥미롭게도, e-Flower는 예상치 못한 발견에서 탄생했습니다. 이 프로젝트의 공동 연구자인 Outman Akouissi는 말초 신경을 위한 부드러운 임플란트를 작업하는 동안 어려움에 부딪혔습니다. 그가 사용한 하이드로젤로 인해 물에 노출되면 장치가 예측할 수 없이 말려졌습니다. 좌절로 시작된 것이 Akouissi와 Martinelli가 이 말림 메커니즘을 완전히 다른 응용 프로그램, 즉 신경 구형체에 감는 데 활용할 수 있다는 것을 깨달았을 때 획기적인 진전으로 바뀌었습니다.

"이것은 우연이 어떻게 혁신으로 이어질 수 있는지에 대한 완벽한 사례였습니다."라고 마르티넬리는 말합니다. "원래 한 프로젝트의 문제였던 것이 다른 프로젝트의 해결책이 되었습니다."

신경 전기 생리학에 대한 새로운 접근 방식

이 장치는 백금 전극이 장착된 4개의 유연한 꽃잎으로 구성되어 있으며, 세포 구조를 지지하는 액체에 노출되면 구형체 주위로 말려집니다. 이 작동은 부드러운 하이드로젤의 부풀림으로 구동되므로 조직에 부드럽고 사용하기 쉬운 장치입니다.

기존 전기 생리학 시스템과 호환되도록 설계된 e-Flower는 연구자에게 플러그 앤 플레이 솔루션을 제공하며, 복잡한 외부 액추에이터나 유해한 용매가 필요 없습니다.

이 기술이 오르가노이드에 적용되면 모든 면에서 전기 활동을 기록하는 능력은 뇌 과정에 대한 훨씬 더 포괄적인 이해를 제공할 것입니다. 연구자들은 이것이 신경 발달, 뇌 손상 회복 및 신경 질환에 대한 새로운 통찰력으로 이어지기를 바랍니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241017113842.htm