▲눈을 가까이에서 찍은 사진(출처=셔터스톡)

스웨덴 린쉐핑대학 연구팀이 최근 인공 망막 개발에 성공했다고 밝혔다. 이는 시력 회복이 필요한 안질환 환자에게 희소식이다.

눈 망막에 있는 광민감성 세포가 손상되거나 약화되면 실명을 포함한 시력 손상을 유발한다. 손상 세포는 빛을 전기적 자극으로 바꾸는 시신경 능력이 결여돼 있다.

린쉐핑대학 연구팀은 사람 눈과 호환 가능한 인공 망막을 개발했다. 이식 수술을 통해 세포를 교체, 시력회복을 돕는 방법이다.

생체에 적합한 소재로 만든 인공 망막

안구 뒷부분에 자리한 망막은 광수용체라 불리는 광민감성 세포를 포함하고 있다. 사람이 사물을 바라볼 때 광수용체는 빛의 변화와 형태, 움직임에 반응한다. 광수용체는 추상체와 간상체, 두 가지 형태로 나뉜다.

망막 주변 추상체는 간상체보다 적으며 녹색과 빨간색, 파란색에 민감한 반응을 보이기 때문에 두뇌가 이를 구분할 수 있다. 간상체는 망막 주변에 무수히 존재하며, 명암에 민감한 반응을 보이기 때문에 사람들이 어두운 방안에 있을 때 주로 사용한다.

일부 사람들은 특정 색을 구분할 수 없는 색맹을 앓고 있다. 이런 사람들은 추상체가 약하거나 충분하지 않다. 전 세계 남성 약 8%, 여성 0.5%가 색맹이다.

한편, 광수용체가 손상을 입거나 약화되면 시력이 저하되거나 실명할 수 있다. 망막은 광능동적 소재로 된 얇고 둥근 막으로, 디지털 카메라 센서 화소와 유사하다. 광능동 소재는 일반 세포보다 100배 얇으며, 지름도 머리카락보다 굵기보다 작다. 망막의 유기 화소는 반도성 나노결정의 색소로 구성돼 있다. 이 색소는 저렴한 비독성 물질로 현재 화장품과 타투용 잉크에 사용되고 있다.

에릭 글로와키 책임연구자는 "뼈나 혈액, 피부 같은 생체 조직이 이런 빛의 파장을 투과할 수 있기 때문에 근적외선광을 위한 광능동적 필름을 최적화했다"며 "이는 향후 인간의 다른 신체 부위에도 적용 가능할 것"이라고 밝혔다.

▲파란 눈동자의 여성(출처=셔터스톡)

인공 망막은 초박형 금으로 구성됐으며, 신경세포보다 100배나 얇다. 또, 중앙부에 유기 화소를 가지고 있는 한편 매우 작은 금속 고리가 외부 가장자리를 둘러싸고 있다. 이 미세한 장치는 외부의 연결기 없이도 작동하며, 천연 망막과 유사하게 작동한다.

텔아비브대학 데이비드 랜드 박사는 "신경 세포의 자극을 통제하면, 반응 시간 단축이 가능하다"며 "이번에 개발한 장치는 두뇌 뉴런뿐만 아니라 비기능성 망막의 뉴런으로도 자극해 사용할 수 있다"고 설명했다.

현재 연구진은 천연 광수용체의 광민감성을 복제하는 기술을 개발했다. 하지만 인간 임상시험을 시행하기 전까지 지속적인 성능과 안전성 확인을 위한 추가 연구가 필요하다.

망막 교체 치료법

향후 망막이 손상되거나 분리돼 시력 문제가 발생한 환자에게 망막 교체 치료법이 도입될 전망이다. 지난해 이탈리아기술협회 연구팀은 손상된 망막을 교체할 수 있는 인공 삽입물을 개발했다. 인공 삽입물은 실크 소재 기질 위에 얇은 전도성 중합체로 제작됐으며, 반도체형 중합체로 덮여있다.

반도체형 중합체는 수정체로 들어오는 빛의 광양자를 흡수한다. 그 영향으로, 빛의 신호는 망막 신경 세포를 자극해 작동하는 광수용체 기능을 복제한다. 연구진은 망막이 퇴화된 쥐 모델을 사용해 인공 삽입물을 테스트했다. 이식 수술을 하고 약 30일 후, 치료 받은 쥐의 시력은 치료받지 않은 쥐와 비교해 효과가 나타났다.

연구 공동저자 그라치아 퍼틸 박사는 "올해 하반기에 최초 임상시험을 계획 중이며, 예비 결과를 수집할 것"이라면서 "이식수술은 망막 퇴화 질병 치료의 터닝포인트가 될 것"이라고 전했다.

한편, 이번 연구의 또 다른 발견은 망막 외부에 염색된 세포층인 망막색소상피(RPE) 이식 가능성이다. RPE 세포를 배양하기 위해 인간 줄기 세포를 사용하고 있으며 이는 특정 안질환 환자에게 이식할 수 있다. RPE 세포는 망막의 손상된 세포를 교체하거나 회복시킬 수 있다. 하지만 공여 세포의 생성 및 공여 세포와 숙주의 상호작용, 이식 수술 동안 적절한 위치 같은 문제를 먼저 해결할 필요가 있다. 이런 문제점이 눈의 기능과 환자의 수술 결과에 영향을 미칠 것으로 보인다.

[메디컬리포트=심현영 기자]

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