brain-on-a-chip

May 17, 2017

호주국립대(ANU) 연구팀은 비계처럼 작용하는 나노 와이어로 패턴화 된 반도체 웨이퍼에서 뇌 세포를 성장시켜, 세포들이 서로 어떻게 연결되는지를 연구하고 이 결과를 Nano Letters에 2017년 4월 24일 발표 [1]


연구팀은 먼저 반도체 웨이퍼를 제작기반으로 삼고 대학의 물리학 및 공학 연구 그룹과 협력하여 나노 와이어를 제작하여 특정 형상으로 웨이퍼에 삽입. 그 후 그들은 관찰을 위해 뇌 세포를 웨이퍼에 추가. 희망에 따라 세포는 기능 회로로 성장하면서 비계로서 나노 와이어를 사용

 

이 연구에서는 신경돌기 성장을 모니터링하고 기능성 칼슘 이미징을 사용하여 자발적인 신경 네트워크 활동을 평가

 

 

 

인공 다리와 같은 다른 보철과는 달리, 뉴런은 감각 입력,인지, 학습 및 기억 중에 뇌에서 정보 처리의 기초를 형성하는 시냅스 연결이 필요

 

뉴런의 성장, 연결, 형성에 대한 이해를 위한 플랫폼이 될 이 연구가 발전하면 퇴행성 신경계 질환이나 신경손상을 치료하기 위해 사용할 수 있는 신경 보철(neuro-prosthetics) 제작에 기여할 것으로 기대됨 

 

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한편 Harvard대 연구팀은 전전두엽, 해마, 편도  등 뇌의 세 영역의 세포를 독립적으로 배양 한 다음 세포가 유도 된 경로를 통해 연결하는 multiregional brain-on-a-chip 모델을 개발하고 이를 Journal of Neurophysiology에 2017년 발표 [2]

 

연구진은 세포의 구성과 전기적 활성을 다시 측정하여 다른 지역의 뉴런과 접촉했을 때 세포가 극적으로 변하는 것을 발견

 

이 모델은 약물의 개별 영역에 미치는 영향뿐만 아니라 시험 관내에서 상호 연결된 영역에 대한 하류 효과를 관찰 할 수있게 하여 마약 중독, 외상 후 스트레스 장애, 외상성 뇌 손상을 포함한 신경 및 정신 질환을 연구하는데 활용될 전망 

[1] http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.6b05288

Gautam, Vini, et al. "Engineering Highly Interconnected Neuronal Networks on Nanowire Scaffolds." Nano Letters (2017).

 

[2] https://www.seas.harvard.edu/news/2017/01/multiregional-brain-on-chip

Dauth, Stephanie, et al. "Neurons derived from different brain regions are inherently different in vitro: a novel multiregional brain-on-a-chip." Journal of neurophysiology 117.3 (2017): 1320-1341.

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