국가독성과학연구소(KIT) 동물대체연구센터는 제조사가 서로 다른 다중전극칩(MEA) 데이터를 하나의 방식으로 분석할 수 있는 오픈소스 분석 도구 'CASCADE'(캐스케이드)를 개발했다고 9일 밝혔다.

다중전극칩은 배양 신경세포나 뇌 오가노이드의 전기신호를 여러 전극에서 동시에 측정하는 장비다. 신경독성 평가와 동물대체시험 등에 활용되지만, 제조사마다 데이터 형식과 분석 방식이 달라 결과를 직접 비교하기 어렵다는 한계가 있다.

캐스케이드는 서로 다른 5개 제조사의 다중전극칩 데이터를 하나의 분석체계에서 처리할 수 있다.

원본 데이터 입력부터 스파이크, 발화율, 네트워크 활성, 임계성(신경망이 지나치게 조용하지도 과도하게 흥분하지도 않은 '딱 알맞은' 경계 상태), 뉴런 눈사태(한 신경세포의 활동이 이웃으로 연쇄적으로 번져 나가는 집단 활동 현상) 분석까지 명령어 한 줄로 수행할 수 있다.

연구팀이 5개 제조사의 6개 실측 데이터를 이용해 캐스케이드의 성능을 검증한 결과, 장비와 파일 형식이 달라도 같은 기준으로 임계성값을 산출해 데이터를 비교할 수 있었고, 일부 제조사 전용 소프트웨어와 비교한 스파이크 검출 결과도 동등한 수준으로 나타났다.

이번 연구는 서로 다른 장비의 데이터를 동일한 기준으로 분석할 수 있도록 '원본 데이터→신경망 활성 분석→임계성 분류' 과정을 표준화했다는 점에서 의미가 있다고 연구팀은 설명했다.

이를 통해 배양 신경세포와 뇌 오가노이드를 활용한 동물대체 신경독성 평가의 재현성과 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다.

박순현 센터장은 "신경세포의 신호를 어떤 장비로 측정하더라도 같은 기준으로 분석해야 과학적인 비교를 할 수 있다"며 "캐스케이드가 동물을 대체하는 신경독성 평가와 바이오 지능 연구 발전에 도움이 되길 기대한다"고 말했다.