홀로그램 음향 장치는 뇌의 병든 뉴런을 정확하게 표적으로 삼는다.

세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교(Washington University)의 연구원들은 파킨슨병과 같이 뇌의 다양한 부위에 동시에 손상을 수반하는 인간 뇌 질환을 치료하기 위한 비침습적 기술을 개발했다. 유전 공학과 결합된 홀로그램 음향 장치는 질병에 걸린 여러 뇌 영역에서 선택된 세포 유형의 영향을 받은 뉴런을 정확하게 표적으로 삼는다.

맥켈비 공과대학 생의학 공학 부교수이자 의과대학 신경외과 부교수인 홍 첸(Hong Chen)과 그녀의 팀은 생쥐의 뇌에서 유전적으로 선택된 뉴런을 변경하기 위한 비침습적 "아소노제네틱 AhSonogenetic" 장치를 만들었다.

다양한 기술

아소노제네틱은 첸 그룹의 최근 발전을 결합한다. 2021년에 그녀와 그녀의 팀은 집중 초음파를 사용하여 초음파에 민감한 이온 채널이 포함된 바이러스 구조물을 뇌의 유전적으로 선택된 뉴런에 전달하는 방법인 초음파유전학(Sonogenetics)을 출시했다. 그들은 비침습적 저강도 집중 초음파를 사용하여 작은 온기를 전달하여 이온 채널을 열고 뉴런을 활성화한다. 첸의 팀은 초음파유전학이 자유롭게 움직이는 쥐의 행동을 조절할 수 있다는 것을 처음으로 보여주었다.

2022년에 팀은 초음파 빔을 조작할 수 있는 에어리 빔 지원 이진 음향 메타표면으로 알려진 유연하고 다재다능한 도구를 설계하고 3D프린팅했다. 그녀는 현재 초음파와 유전 공학의 장점을 결합하여 인간과 동물의 뇌에서 정의된 뉴런을 비침습적으로 정확하게 조절하는 초음파유전학 2.0을 개발하고 있다. 아소노제네틱은 신경퇴행성 질환에 개입할 수 있는 잠재적인 방법으로 이들을 통합한다.

초음파유전학은 연구자에게 뇌를 정밀하게 제어할 수 있는 방법을 제공하고, 에어리 빔 기술을 사용하면 연구자는 음파를 구부리거나 조종하여 높은 공간 해상도에서 뇌 내부에 임의의 빔 패턴을 생성할 수 있다.

파킨슨병 치료

첸의 팀은 파킨슨병의 생쥐 모델에서 이 기술을 테스트했다. 아소노제네틱을 사용하면 단일 생쥐에서 두 개의 뇌 영역을 동시에 자극할 수 있어 여러 번의 이식이나 개입이 필요하지 않다. 이 자극은 느린 움직임, 걷기 어려움 및 얼어붙는 행동을 포함하여 생쥐 모델에서 파킨슨병과 관련된 운동 장애를 완화했다.

제작 비용이 약 50달러인 이 장치는 다양한 뇌 크기에 맞게 크기를 맞춤화하여 잠재적인 응용 분야를 확장할 수 있다.

-에어리 빔 홀로그램 변환기의 디자인 파일은 아래의 링크를 통해 사용 가능하다.

GitHub: https://github.com/ChenUltrasoundLabWUSTL/AiryBeam_Lens_Design

-자금은 국립보건원(National Institutes of Health)에서 제공되었다.

-이번 연구 결과는 미국국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences) 저널에 6월 17일 게재됐다.