연세대학교 세브란스병원 안과 변석호 교수와 공과대학 신소재공학과 박장웅 교수, 강남세브란스병원 안과 이준원 교수 연구팀은 실명 환자들의 시력을 회복시킬 수 있는 안전성 높은 액체 금속 기반의 소프트 인공망막을 개발했다고 19일 밝혔다.
망막색소변성증, 황반변성 등 망막질환으로 인해 실명한 환자의 시력회복을 위해서는 인공망막 장치를 망막 혹은 뇌에 직접 연결하는 것이 유일한 방법이다.
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인공망막 장치를 실명 환자에게 이식하기 위해서는 망막이나 뇌 등 신경조직에 금속 재질의 전극을 삽입해야 한다. 이 과정에서 딱딱한 금속이 부드러운 신경조직을 파고들며 필연적으로 손상을 유발해 염증반응을 일으키고 흉터(반흔)를 남기게 된다. 이때 발생한 흉터로 인해 시간이 지나며 신경조직과 전극 사이에 전기신호가 통하지 않는 현상이 발생한다. 현재까지 상용화됐던 인공망막 장치들도 이러한 기술적 문제로 인해 사용에 어려움이 있었다.
연구팀은 생체 적합성이 높은 액체 금속으로 제작된 3D 전극을 통합한 소프트 인공망막을 개발했다. 기존의 고체 금속 기반 인공망막과 달리 망막조직과 유사한 부드러운 소재인 액체 금속을 이용해 망막 손상을 최소화했으며, 곡면으로 이뤄진 망막 표면에 최대한 밀착될 수 있도록 바늘 모양의 3차원 전극을 사용해 전기전도 효율을 높였다.
연구팀은 자체 개발한 소프트 인공망막을 망막 퇴행으로 실명한 마우스 모델에 이식해 시력 회복 여부와 망막 손상 정도를 분석했다.
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시력 회복 여부 확인을 위해 마우스모델 망막에 국부적으로 빛을 비췄다. 그 결과 빛을 받은 부분은 빛을 받지 않은 부분에 비해 약 4배 큰 망막 신호가 유발됐다. 해당 망막은 소프트 인공망막을 이식하기 전에는 빛에 대한 반응이 전혀 없었다. 이식 후 빛의 형태에 따라 반응이 발생한 것을 통해 시각이 회복된 것을 확인할 수 있었다.
특히 연구팀이 개발한 3차원 구조의 액체 금속 3D 전극은 같은 소재의 평면 전극과 비교해 신호전달에 있어 약 2배 높은 효율을 보였다. 또한 기존의 고체 금속 소재의 인공망막과 달리 소프트 인공망막은 망막 손상, 염증반응 등 자극 전극 주변에서 면역반응이 발생하지 않았다.
변석호 교수는 “액체 금속 3D 전극을 이용한 인공망막 장치는 기존의 딱딱한 금속 재질의 인공망막과 비교해 망막조직의 손상을 줄이고, 불규칙한 표면을 가진 망막에도 전극을 정확하고 안정적으로 접촉시킬 수 있다”면서 “이번 연구 결과를 통해 실명 환자들을 위한 맞춤형 인공망막 개발이 가능해질 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’(Nature Nanotechnology)에 게재됐다.
