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  • 국내 과학으로 인공 광수용체 개발 -협회와 연구자 미팅 보고
    최정남 2018-10-26 2,803
      며칠 전 협회 게시판에도 올라온 소식으로 국내 과학자들이 인공 망막을 개발하기 위한 인공 광수용체 개발이 성공하였다는 내용에 대하여 환우들로부터 많은 문의 전화가 있었습니다.

    협회는 관련 내용을 확인하기 위하여, 지난 목요일(6/7일) 오후 4시경 연구팀으로 참여한 서울대 화학생물 공학과 박태현 박사와 미팅을 잡았고 이에 서울대 관악 켐퍼스를 찾았습니다.

    우선 기사 내용의 일부를 소개해드리자면,

    망막은 원추세포와 간상세포로 구성돼 있다. 원추세포는 빛의 3원색인 빨강(R), 초록(G), 파란색(B)을 각각 흡수하는 광수용체가 가시광선을 흡수하며, 간상세포는 광수용체 단백질이 주로 명암을 구분한다.

    연구진은 이 연구에서 인간배아 신장 세포주(HEK-293)에 망막 원추세포에서 빛의 3원색을 흡수하는 광수용체 단백질 3종(파란색-1SW, 녹색-1MW, 붉은색-1LW)과 간상세포의 광수용체 단백질 1종(Rho)의 유전자를 주입, 이들 광수용체를 인공적으로 생산했다.

    이어 각 광수용체를 전기화학적으로 민감한 소재인 그래핀(graphene)과 결합한 다음, 인공 광수용체가 빨강, 초록, 파란색 LED의 빛을 흡수할 때 일으키는 생화학적 변화를 전기화학적 신호로 포착해 특성을 분석했다.

    그 결과 인공 광수용체는 사람의 눈이 가시광선 빛을 감지하는 스펙트럼과 매우 유사한 스펙트럼으로 빛에 반응, 사람 눈의 특성과 유사하게 가시광선의 빛 3원색과 명암을 인지하고 색깔을 구분할 수 있는 것으로 나타났다.

    송현석 박사는 "이번에 개발된 생체 소재는 인간 시각을 가장 가깝게 모방할 수 있는 소재로 향후 시각 질환 환자에 적용 가능한 인공 망막으로 개발될 경우 인간의 망막과 비슷하게 작동해 기존 인공 망막 기기보다 훨씬 효율적일 것으로 전망한다"고 말했다.

    ----------------- 박태현 교수 면담과 논의 내용 ------------

    협회는 국내 연구자들이 알피와 같은 망막 질환자들의 실명을 회복시키기 위한 인공 망막의 개발에 관심을 가져준 데 대하여 우선 감사드렸으며,

    박태현 교수는 서울대 화학 생물공학과의 교수로서 그동안 인공 후각 수용체 개발에 많은 연구 성과를 나타낸 바 있는 과학자 였습니다.

    이번 연구는 KIST 광학 연구 분야의 김재헌 박사의 요청에 따라 참여하게 되었고, 인공 시각을 위한 광수용체의 개발 부분에 서울대가 관여한 바 있다며, 개발 과정을 상세히 소개하여 주었습니다.

    이에 협회는 지난번 아산병원 윤영희 교수가 집도한, 미국 휴마윤 박사의 Argus II 제품에 대한 정보를 나누면서, 이번 국내에서 개발한 인공 광수용체의 바이오 융합 기술이 환우들에게 커다란 관심과 기대를 불러일으킨 바 있다고 소개하였습니다. 협회는 이에 따라 관련 기술의 상세한 내용과 앞으로의 추가 연구 계획에 대한 입장을 듣고 싶어 방문하였다는 취지를 전달하였습니다.

    1) 박교수의 설명 : 배아 신장 줄기세포를 사용하여 작은 세포낭 (Vesicle)을 분리하여 만들었고, 세포 낭의 표면 막에 로돕신을 수용체로 삽입한 것으로 이것이 빛의 광자에 반응하여 전기 신호(시각)가 만들어 지도록 하였다. 또한 로돕신 대신에 원뿔세포에서 작용하는 파란색-1SW, 녹색-1MW, 붉은색-1LW 단백질을 추가로 삽입하여 동일한 원리로서 색상도 인지할 수 있도록 하였다.

    이어서 박교수는 발표 자료를 보여주면서 그래핀 위에 결합된 광수용체(서울대에서 개발)의 구조와 기능에 대한 자세한 설명을 곁들였다. 그러나 협회가 기대했던 인간의 망막 광수용체와는 개념상 차이가 존재하였고, 이를 인공 망막으로 개발하기 위해서는 해소해야 할 장벽이 있다는 점을 지적하였다.

    2) 협회의 의견 : 색상까지도 인지할 수 있는 인공망막이 나올 수 있다니 놀라운 발견이다.

    다만 앞서 보여준 세포낭 표면에 삽입된 로돕신의 역할이 광수용기로서 시각 작용을 촉발한다는 점에서는 인간 망막의 광수용체와 유사하다. 그러나 인간의 광수용체에서 로돕신 단백질은 세포막이 아니라 세포 안의 시각 디스크에 존재한다. 따라서 여러 번 시각을 만들고 나면 오래 사용된 로돕신 단백질은 시각 디스크 판 함께 노폐물로 버려진다 (망막 색소상피세포 식작용).

    따라서 광수용체 내에서는 지속적으로 로돕신이 생산되고 시각 원판은 새롭게 교체된다.

    3) 협회의 질문 I : 다시 말하자면 인간의 망막 광수용체는 시각이 만들어지면서 세포 내에서는 다양한 신진 대사가 이루어진다. 여기서 질문은 지금 개발된 인공 광수용체에서도 이와 같은 신진대사와 함께 지속적인 생화학 반응이 이루질 수 있나? 만일 이러한 문제가 해소되지 않으면 결합된 광수용체는 오래가지 못할 것이고, 결국 인공 망막의 기능은 일시적일 뿐 제품으로서 내구성이 없을 것처럼 생각된다.

    4) 협회의 의견 : 또한 인간의 광수용체는 만들어진 시각을 위층에 존재하는 양극세포에 전달하기 위하여 전기 소켓처럼 신경 시넵스가 존재한다. 지금까지 줄기세포로 만든 다양한 광수용체의 이식 실험이 실패하였던 이유도 신경 연결이 잘 이루어지지 않았기 때문이다. 시각을 만들어도 전달할 수 없기에 기능을 못한 것이다. 최근 선진국에서는 이 문제를 해결하고 있는 중이다.

    5) 협회의 질문 II: 이와 같이 국내에서 개발한 인공 광수용체 역시 신경 연결이 없이도 시각을 전달할 수 있는지 아니면 이에 대한 해결 방안은 있는지 알고 싶다? 특히나 이 문제는 색상을 인지하는 시각에서는 더욱 중요하다. 왜냐하면 RGB 모드로 인지하는 시각은 각각이 위에 있는 양극세포와 1:1 대응하여 연결되지 않으면 색상을 인지하기 어렵다고 생각한다.

    6) 박교수의 답변 : 일리있는 질문이며 앞으로 우리가 해결해야 할 과제이다. 나는 KIST에서 요청한 광수용기인 로돕신과 색상을 인지하는 단백질을 세포낭에 결합시켜 전기 신호를 만드는데 도움을 주었을 뿐이다. 지금 당장 인공망막을 만들 수 있다는 것보다 인공 망막을 개발하는 데 하나의 실험적 차원에서 접근하였다는 데 의미가 있다. 결국 우리가 만든 광수용체가 앞으로 내구성과 함께 시각을 원만하게 전달하기 위해서는 반드시 풀어야 될 숙제인 것 같다. 관련 문제에 대해서는 협회가 KIST 책임 연구자를 만나서 앞으로의 계획을 들어보는 것도 좋을 듯 싶다.

    7) 맺는말 : 이번 인공 광수용체를 개발하여 주신 박교수께 감사드리면서, 앞으로 시각 연구에도 많은 관심을 부탁드린다. 조만간 KIST 를 방문하여 관련 연구의 진전을 위해 협의를 계속해 나아가도록 하겠다. 바쁘신데 박교수께서 시간을 내주셔서 다시 한번 고맙게 생각한다.


    -이상-