신경을 전기적으로 자극하여 치매와 같은 퇴행성 신경질환, 우울증과 같은 신경정신질환의 증상 완화 또는 질병의 진행을 더디게 하고, 더 나아가 신경을 재생시키는 기술

약물 치료 또는 외과적 수술에 의한 병변 제거가 어려운 신경질환을 치료할 수 있으며, 신약 대비 적은 비용과 짧은 시간으로 개발 가능

향후 5년 : 다양한 질환에 적용 가능한 고해상도 표적 자극 기술 개발효용성 증대를 위한 자극 최적화 기술 개발

향후 10년 : 질병 진행 정도, 유전형 및 표현형에 따른 개인 맞춤형 전자약 구현전기 자극 이외의 다른 형태의 자극 방법을 이용한 신경질환 치료 시스템 개발

1) 전기 자극에 대한 신경 신호를 모니터링할 수 있는 기술

- 전자약에서 인가하는 전기 자극에 대한 신경세포들의 신경 활동을 단일 스파이크 수준으로 정교하게 측정하여 신경생리학 변화*를 모니터링할 수 있는 기술

* 전자약의 신경질환 치료 성능을 향상시키고 기존 전자약 제품들과의 차별화를 위해 대상 질환에 대한 신경 중추의 해부학적 구조뿐 아니라 신경생리학적 이해가 선행되어야 함

- 해당 신경 신호 변화를 피드백 신호로 하여 폐회로 자극하는 기술

2) 전기 자극의 공간적 해상도 향상 등 자극 최적화 기술

- 전도성 높은 생체 내에서 전기 자극을 좁은 공간에 가둘 수 있는 기술

- 보다 적은 에너지 소모에도 비슷한 임상 효과를 얻을 수 있는 자극 패턴 최적화 기술

3) 다양한 종류의 신경세포 중 특정 종류에 대한 선택적 자극 기술

- 전기 자극 크기 및 반복 주기에 따른 특정 종류 신경세포 자극 선택비 향상 기술

- 전극 구조, 모양, 위치에 따른 특정 종류의 신경세포 자극 선택비 향상 기술

4) 신경 인터페이스 제작 기술 및 전자약 시스템 소형화 기술

- 신경조직 손상을 최소화할 수 있는 물질 및 구조 이용 신경 인터페이스(신경전극) 제작 기술

- 전자약 사용자의 일상생활에 불편이 없도록 전원부 및 통신부를 포함하여 전체 전자약 시스템 크기 소형화 기술

신경질환 치료를 위한 전자약 기술은 일부 탁월한 임상 결과를 보여주었으나, 환자 간의 성능 차이를 줄이고 복잡한 고위 뇌 기능에도 우수한 성능을 보이는 정밀기술 개발 필요

미국 Neuralink사는 실 형태의 삽입형 구조물에 마이크로 전극을 집적한 신경 인터페이스 시스템을 개발하고 전자약 응용을 준비 중 - 원숭이 대상 인공 시각 형성 시연을 대중에 공개, 시각 장애인의 대뇌 시각피질에 칩을 이식하여 전기 자극을 통한 인공 시각 형성을 위해 임상시험을 준비 중 미국 Motif Neurotech사는 뇌의 국소 영역을 정밀하게 자극할 수 있는 초소형 자극 시스템을 개발 - 전력 무선 전송이 가능한 소형 시스템을 이용해 뇌를 자극하여 우울증 등 신경정신질환 치료를 위한 임상시험을 진행할 예정 미국 Second Sight사는 시각 장애인에게 인공 시각을 형성해 줄 수 있는 전자약 장치를 상용화까지 한 바 있으나, 제한적 성능으로 현재 모두 단종 - 망막을 자극하는 형태의 Argus II 시스템은 임상시험을 거쳐 상용화에 성공 (Mark S. Humayun, 2012), 시각피질을 자극하는 Orion I 시스템은 임상시험 결과를 수월성 저널 출판(Michael S. Beauchamp, 2020) 프랑스 연구진은 교통사고로 15년간 의식이 없던 환자의 신경에 3개월 동안 전기 자극을 주어 의식을 일부 회복시키는데 성공(Martina Corazzol, 2017)

국내 전자약 개발사 와이브레인(Ybrain)은 전두엽에 미세한 전기 자극을 가해 우울증을 치료하는 전자약 ‘마인드스팀’을 개발해 식약처 허가 취득 국내 기업 토닥(ToDoc)은 달팽이관의 신경세포를 전기 자극하여 청각 장애인에게 소리를 들려줄 수 있는 인공와우 장치를 개발 중 국내 기업 셀리코(Cellico)는 망막 변성 질환으로 실명한 시각 장애인에게 인공 시각을 형성할 수 있는 인공망막 장치를 개발 중 국내 전자약 기업 뉴아인(Nu Eyne)은 전기 자극을 통해 신경활동 조절 및 신경 재생, 암세포 증식 억제 등을 연구개발 중

세포 선택성 높은 고해상도 자극을 통해 부작용을 최소화하면서도 치료 효과가 높은 기술 개발을 하게 되면 매우 큰 비용과 긴 시간이 요구되는 신약 개발을 대체할 수 있을 정도의 경제적 파급효과가 기대

전자약 개발을 통해 퇴행성 신경질환을 비롯하여 치료가 어려운 신경정신질환에 의한 사회적 비용을 감소시킬 수 있을 것이며 고령 인구에 대한 복지 증대에 기여

임상 효과를 극대화하기 위해서는 여러 신경 조직의 복잡한 신경 회로를 이해하고 전기 자극에 대해 신경 신호가 어떻게 변하는지 신경과학 원리를 이해할 수 있는 융복합 인재 양성이 반드시 필요각 질환별 전기 자극 최적화를 위해서는 동물모델에서의 전임상 연구가 필요하므로, 질환별 동물모델 확보가 우선되어야 함

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