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뇌 속에 심어진 나노로봇을 자기 생각대로 조종할 수 있다면 어떨까요? 그리고 생각하는 것만으로 몸 속에 약을 투여할 수 있다면 어떨까요? 이렇게 영화에서나 나올법한 아이디어가 실제로 실현되었습니다. Ido Bachelet 교수 연구팀은 살아있는 생물의 뇌 속에서 뇌 활동으로 나노미터 크기의 로봇을 조절하는 새로운 유형의 뇌 조종 인터페이스를 구현했다고 발표했습니다. 특히 과거에 비해 약의 부작용이 점점 심해지는 추세(2005FDA 발표, 1998년 대비 약물 부작용 2.7)여서, 이러한 연구는 약의 부작용 약화 및 정확한 투약 조절 인터페이스 실현에 큰 도움이 될 것으로 전망됩니다.


Bar Ilan 대학교와 이스라엘의 Interdisciplinary Center에 속한 이 연구팀은 귀뚜라미의 뇌 속에 나노로봇을 주입한 후 사람의 생각만으로 나노로봇을 조절해 뇌 속에 약을 투여하는 데 성공하였습니다. 이렇게 나노로봇을 뇌속에 주입하고, 외부 신호를 통해 나노로봇 내에 약을 투여하는 방식은 투여된 약이 정확한 위치에서 적절한 때에 작용할 수 있도록 하여 다른 부작용을 없애는 데 큰 역할을 할 수 있습니다.


Ido Bachelet 연구팀 결과


연구팀이 설계한 나노로봇은 DNA로 만들어졌으며, 조개 같은 형상을 하여 특정한 약을 조개 속의 진주처럼 보관할 수 있게 설계되었습니다.  나노로봇은 아래 그림과 같이 여러 개의 DNA조각을 접어 만든 형태로, 여러 가닥의 긴 DNA와 그보다 짧은 가교역할의 DNA, 그리고 경첩 부분을 담당하는 DNA 조각으로 이루어져 있습니다. 이러한 재료들은 모두 우리가 흔히 알고 있는 이중나선 구조를 띄고 있기 때문에 쉽게 아래 그림처럼 조합할 수 있다고 합니다. 게다가 경첩 구조 및 문지기 역할을 하는 단백질을 다르게 넣어주면 원하는 표적 세포도 마음대로 바꿀 수 있어 다양한 용도로 로봇을 사용할 수 있습니다.


평소엔 아래 오른쪽 그림에서 보이는 것처럼 옮기고자 하는 물질을 감싸도록 접혀 있는 구조로 되어 있습니다. 그러다 특별한 신호를 받거나 특정 화학물질을 만나면 접혀 있던 로봇이 왼쪽 그림과 같이 펴지면서 안쪽에 있던 물질이 퍼져나오게 됩니다.


DNA 나노로봇


연구팀은 이 DNA 나노로봇을 사람의 생각으로 조절하기 위해 전기적으로 원격조종이 가능하도록 산화철 성분의 신경 나노물질을 부착하였습니다. 이 나노물질은 전자기파로 열을 가해주면 활발히 반응하는 성질이 있어, 이 물질로 나노로봇의 문을 개방할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 연구팀은 나노로봇 내에 전자기파에 반응하는 문을 설계할 수 있었습니다. 이 문은 로봇 속 약의 방출 여부를 결정하여 체내 약의 투여량을 조절하게 됩니다


DNA 나노로봇으로 암치료가 가능해 질 수 있습니다.


논문에 따르면 연구팀은 원격 조종 가능한 나노로봇의 인터페이스를 구현하기 위해 다음과 같은 개발 과정을 거쳤습니다.


1.     피실험자에게 뇌파 측정기를 씌워 EEG신호(뇌파의 일종으로, 뇌전도-electroencepahlogram의 약어)를 받아냄

2.     뇌가 활동을 하고 있는 상태와 쉬고 있는 상태를 구분할 수 있는 알고리즘을 개발(이 논문의 경우 암산을 하고 있을 때와 쉬고 있을 때를 구분함)

3.     컴퓨터에서 원격 조종이 가능한 전자기파 발생 코일을 살아있는 귀뚜라미 옆에 둠

4.     귀뚜라미에 DNA로 만들어진 나노로봇을 삽입하여 전자기파를 발생시킴


이렇게 연구팀에서 진행한 뇌-컴퓨터 인터페이스( BCI- Brain Computer Interface)는 여러 가지 뇌질환을 치료하는데에도 큰 도움을 줄 것으로 예상됩니다. Interdisciplinary Center의 연구원 Sachar Arnon은 “알고리즘을 다른 유형의 뇌 활동에 접목시킬 수 있다”며 “ADHD나 정신분열증 등과 같은 뇌 활동 상태 또한 이 알고리즘으로 구분이 가능하다”고 무한한 적용 가능성을 강조하였습니다. 특히 간질이나 정신분열증과 같이 스스로 통제하지 못하는 질환의 경우 이 연구팀의 알고리즘으로 쉽게 판별이 가능하게 될 것입니다. 게다가 연구팀의 나노로봇으로 적재적소에 치료약을 투여할 수 있다면 현재 불치병으로 알려진 여러 뇌 질환은 궁극적으로 정복할 수 있게 될 것입니다.


DNA 나노 로봇 모식도


한편 이 나노로봇은 특별한 외형과 능력 덕분에 다른 여러 연구에도 활발히 쓰이고 있습니다. 암세포와 같이 특정 표적 세포를 저격하여 없애는가 하면, 목표 지점까지 손쉽게 이동하기도 합니다. 이 나노로봇을 이용해 지금까지 12종의 암세포를 감지하고 파괴할 수 있다고 하니, 머지않아 암 치료 방법의 새로운 선구자로 그 역할을 톡톡히 할 전망입니다. 또한 이 나노로봇은 약이 한번 투여되면 그 기능이 사라지는 일회성을 가지지만, 쉽게 합성될 수 있어서 대량 생산에 용이해 경제적으로도 높은 가치를 지니고 있는 것으로 보입니다.


모바일 기기의 실시간 모니터링이 점점 활성화 됨에 따라 이러한 연구 결과는 무궁무진한 적용 분야를 만들어 낼 것이며, 뇌 질환 중 고질적이라고 평가되는 여러 병들을 위한 알고리즘 또한 빠르게 개발 될 전망입니다. 아직까지는 생리학적 분석 결과를 통해 분자 규모의 조절을 구현 할 수 있다는 개념만 증명된 상태지만, 앞으로 새로운 치료전략 개발의 지평을 열었다는 점은 높이 평가되어야 할 것 같습니다.



참고 기사


New Scientist, "Mind-controlled nanobots could release drugs inside your brain"


Nature, "DNA robot could kill cancer cells"




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