지난 2006년 통계청의 발표에 따르면 우리나라는 이미 고령화 사회로 접어들고 있으며 2025년 경에는 세계에서 가장 빠른 속도로 초고령 사회로 진입하게 될 것이라고 한다. 우리나라가 초고령 사회로의 진입이 가속화되면서 뇌졸중, 치매, 파킨슨, 알츠하이머, 난청 등의 노인성 신경질환 환자가 급격히 증가할 것으로 예상된다. 이와 함께 심각한 사회적인 문제의 대두 및 천문학적인 경제적 손실이 발생할 것으로 예상되고 있다.

▲ 박 교수는 “지능형 나노-바이오 신경소자가 성공적으로 개발된다면 뇌졸중, 치매 파킨슨 등의 노인성 질환, 척추신경 마비와 같은 신경마비 관련 질환, 시각 장애와 같은 시신경 관련 질환 및 근육마비 관련 질환 등에 대한 획기적인 치료법을 제공할 수 있을 것”이라고 밝혔다

삶의 질이 향상됨에 따라 예전에는 불편함을 참고 살았던 신경관련 질환 환자들이 치료 방법을 적극 찾아 나서고 있다. 이에 신경질환 진단 및 치료와 관련된 신기술이 급속히 창출되고 있으며, 이러한 신기술에 바탕을 둔 신경질환 진단/치료 산업 또한 새로운 블루오션 사업으로 급부상하고 있다. 신경질환 관련 기술은 크게 신경제약, 신경진단, 신경소자 기술로 나눌 수 있으며, 신경기술 분야 중 가장 주목을 받고 있는 분야는 NT-IT-BT가 융합되어 시너지 효과를 극대화할 수 있는 신경소자 기술 분야다.

‘나노-와이어 어레이 기반 신기능성 신경소자’ 개발
최근 신경기술 신산업 분야에 대한 각국의 경쟁이 치열해지면서 연세대 신경과학기술 파이오니어 융합연구단(이하 융합연구단)이 주목을 받고 있다. 연세대 신경과학기술 파이오니어 융합연구단의 박승한 단장은 “연구진은 현재 신경신호의 검출 및 제어를 통한 신경 치료 분야는 물론 인간의 감정, 인지 활동 등을 진단 분석하는 뇌과학 분야에도 응용이 가능한 ‘나노-와이어 어레이 기반 신기능성 신경소자’를 개발하고 있다”고 설명했다. 현재 사용하고 있는 마이크로 크기의 신경소자는 삽입 시 신경세포에 손상을 주는 문제점을 가지고 있고 단편적인 전기 자극을 통해 치료가 이루어지고 있어 치료 또한 단순한 전기신호를 통한 자극에 그치는 등 한계가 있었다. 대표적인 신경소자로 난청의 치료에 쓰이고 있는 인공와우나 시각치료 소자로서 사용되고 있는 인공각막의 경우도 마이크로 크기의 수십 개의 전극으로만 구성되어 있어 그 역할에 한계를 가지고 있다. 이에 연세대 신경과학기술 융합연구단은 신경세포보다 훨씬 작은 나노-와이어 어레이를 제조하여 신경의 신호를 감지하고 발생시키는 나노기술(NT), 이러한 신호를 분석하고 이해함으로써 신경신호 전달 메카니즘을 규명하는 바이오기술(BT), 이를 바탕으로 만들어진 신경소자를 통해 지능적인 신경신호를 제어/전달하는 정보기술(IT) 등을 유기적으로 결합하여 기존의 마이크로 과학기술의 한계를 넘어서는 ‘나노-와이어 어레이 기반 신개념 지능형 신경소자’를 개발하고자 노력 중이며, 이와 동시에 신경질환의 진행을 억제하거나 손상된 신경을 재생하고 그 기능을 복원 및 대체할 수 있는 기술을 개발하고자 노력 중이다. 박 단장은 “마이크로미터 크기의 단일전극으로 이루어져 있고 단순한 전기신호를 줄 수 있는 기존의 신경질환 치료용 신경소자와는 달리, 연구진이 개발하고 있는 기술은 수많은 나노와이어 배열 신경 소자를 통해 살아있는 상태의 신경 및 신경세포에 지능적 전기 자극을 줄 수 있어 기존기술로는 불가능한 신경재생 및 치료를 IT-BT-NT 원천기술의 융합을 통해 가능케 하는 와해적 기술”이라고 강조했다.

▲ 박승한 단장은 “연구진은 현재 신경신호의 검출 및 제어를 통한 신경 치료 분야는 물론 인간의 감정, 인지 활동 등을 진단 분석하는 뇌과학 분야에도 응용이 가능한 ‘나노-와이어 어레이 기반 신기능성 신경소자’를 개발하고 있다”고 설명했다

국내 물리학계 이끄는 대표적 선구자
현재 연세대 신경과학기술 융합연구단을 이끌고 있는 박승한 단장은 미국 애리조나 대학교의 Optical Science Center에서 박사학위를 취득했다. 이후 미국 펜실베니아의 피츠버그 대학에서 조교수로 재직하면서 반도체 양자 우물과 양자점 구조와 같은 반도체 나노구조의 선형, 비선형 광특성과 초고속 광스위칭 소자로서의 응용에 대한 연구를 진행했다. 귀국 후 연세대 물리학과 교수로 재직 중인 박 단장은 근접장 광학과 비선형 분광학 기술을 접목하여 100fs이하의 시간 분해능과 100nm 이하의 공간분해능을 갖는 시공간 고분해능 분광장치를 개발했으며 이를 이용하여 반도체 양자점의 양자구속 효과, 금속 물질의 플라즈몬 공명현상 및 금속-반도체 나노 물질의 local field effect 등의 연구를 수행했다. 특히 시공간 고분해능 레이저 분광학 분야에서 논쟁이 되고 있는 문제의 핵심을 재빠르게 파악하여 과감히 해결하는 능력을 보여주었으며, 그 결과는 120편 이상의 논문으로 주요 저명 학술지에 게재되었음은 물론 150여 편 이상의 국내/국제 학술회의 논문으로 발표되었고, 10건 이상의 특허로도 등록되었다. 박 교수는 “현재 연세대 신경과학기술 융합연구단이 개발하고 있는 지능형 나노-바이오 신경소자가 성공적으로 개발된다면 뇌졸중, 치매 파킨슨 등의 노인성 질환, 척추신경 마비와 같은 신경마비 관련 질환, 시각 장애와 같은 시신경 관련 질환 및 근육마비 관련 질환 등에 대한 획기적인 치료법을 제공할 수 있을 것”이라며 “이를 바탕으로 막대한 경제적, 기술적 효과를 불러일으킬 수 있는 미래원천융합기술의 확보 및 신산업 창출에 기여하게 될 것”이라고 포부를 밝혔다. NM