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  • 현재의 인공 망막 기술 수준과 향후 전망 - 사이언스 매거진
    최정남 2020-02-10 272
     
    최근 국내에서도 시술한 바 있는 인공 망막의 문제점과 앞으로의 기술 전망에 대하여 사이언스 매거진에 올라온 소식을 전하고자 합니다. 협회는 이같은 문제점을 앞으로 어떻게 극복하고 알피 질환뿐 만 아니라, (평생 시력을 회복시킬 희망조차 없는) 중증 시각 장애인까지도 일부 시력을 되찾을 수 있는 미래의 인공 시각 보조 장치에 대한 최근 연구 동향을 살펴보도록 하겠습니다. 환우 여러분들은 많은 참고 있으시길 기대합니다.

    --------------- 소 식 내 용 ------------------

    New technologies promise sharper artificial vision for blind people
    By Kelly Servick Science Magazine 2019

    2014년 미국에서는 시각장애자를 위한 첨단 기술의 인공망막이 승인된 바 있었다. Argus II 라는 관련 제품은 카메라를 장착한 인경으로부터 시각 신호를 안구 뒷면에 이식한 3 X 5 밀리 사이즈에 소수의 광점(Electrode)을 가진 칩으로 보내는 장치이다. 본 제품은 망막 색소변성증과 같이 빛을 인지하는 세포가 죽어버린 환자들을 위해 만들어졌다.

    생산업체인 미국의 Second Sight 회사는 현재까지 약 350 명이 이식을 받아 사용 중이라고 한다. 그러나 Argus II 제품은 비교적 저급한 시각을 만들어 내기 때문에 사용자들은 이미지가 희뿌연 광점으로 보인다고 말한다.

    “ 최초 기대했던 것 처럼, 아무도 흰 지팡이나 안내견이 필요 없을 정도로 시력이 개선된 것은 아니었다.” 라고 스탠포드 대학에서 인공 시각 장치를 연구하고 있는 다이엘 팔랑커 박사는 말하면서

    “ 아직은 낮은 단계의 수준에 불과하다.” 라고 그는 덧붙였다.

    그러나 이 제품은 인공 망막의 출발점이 되었다.

    그를 비롯한 많은 과학자들이 안구나 뇌의 세포 차원에서 좀 더 정밀한 자극을 주어 시각의 수준을 높이고자 하는 데 주력하고 있다. 지난주 시카고에서 모인 신경과학자 년례 모임에서 이같은 다양한 노력에 대한 최신 정보를 공유한 바 있다. 그 중 일부는 이미 실제적이고 최종적인 검토를 위해 임상을 준비하고 있다고 말하면서 팔랑커 박사는 “이는 아주 흥분되는 일이다.” 라고 소감을 전했다.

    시각을 만드는 세포인 광수용체가 죽으면서 실명에 이르는 질환은 매우 다양하다. 광수용체의 시각은 망막의 다른 세포층을 거쳐서 뇌로 전달되는데 다른 세포들은 비교적 건강하다. 그 중에는 광수용체로부터 최초의 신호를 받게 되는 양극 세포가 있으며 마지막으로 뇌에 전달하기 위해 시신경 다발로 구성된 신경절 세포층을 통과하게 된다.

    최종 종착점은 뇌의 뒷면에 위치한 다층 구조의 시각피질이다. 안구에서 만들어진 시각 정보가 이곳에서 모아지면 의미있는 시각의 이미지들이 만들어진다.

    인공 시각의 경우, 공간 상 인접한 광점들은 망막의 주변 부위를 자극하면서 그 결과로 뇌의 시각 피질에서도 처리 영역과 인접한 점들이 활성화되기 때문에 시각 이미지는 공간적 패턴으로 그려질 수 있다. 그러나 이러한 패턴은 시각의 전달 과정을 통해 더욱 복잡해지므로 일부 연구자들은 가능하면 처음부터 정확한 세포를 활성화 시키는 것을 목표로 하고 있다.

    Palanker 박사 연구팀은 망막의 공간적 패턴을 일부 대체하기 위한 “일종의 픽셀” 로서 400개의 전극을 인공 망막의 칩에 디자인하였다. (현재의 상용화된 Argus 제품은 60 개 장착) 그리고 외부 사물의 이미지는 근적외선 안경으로 보내지며 인공 망막은 이를 전기신호로 바꾸어 광수용체의 위층에 있는 양극 세포를 자극하게 된다.

    파리에 소재해 있는 픽시움 회사는 황반변성으로 광수용체가 손상된 5명의 환자들을 대상으로 임상 중에 있다. (조만간 알피 대상으로도 시술 예정임)

    지난주 미팅에서 Palanker 박사는 약 1년 동안 관련 인공 망막을 이식한 환자들이 테이블 위에 있는 사물을 구별하고, 인쇄된 표지나 스크린 상의 큰 글자들을 읽고 있는 동영상을 보여주었다.

    팔랑커 박사는 말하기를, 비록 현재의 인공 망막으로 책 안의 페이지에 있는 작은 글자를 읽을 수는 없지만, 책 제목을 구별하는 데는 충분하다고 말한다. 그의 연구팀들은 시각 신호의 강도를 떨어뜨리지 않고도 광점을 더욱 축소하기 위한 노력을 계속하고 있다. 이러한 노력으로 연구자들은 더욱 세밀한 픽셀을 만들어서 시각의 이미지를 한층 섬세하게 창출해 낼 것으로 기대하고 있다.

    안구의 전기적 자극을 좀 더 정밀하게 하기 위해서, 다른 연구팀은 광유전학을 이용하여 빛으로 세포를 직접 활성화시키는 기술을 개발하고 있다. 파리에 있는 GenSight 사는 현재 진행 중인 임상에서 알피 질환자 5 명을 대상으로 빛을 인지하는 단백질 유전자를 세포 속으로 이식하였다.

    관련 유전자가 이식된 망막의 신경절 세포는 눈에 들어오는 적색광에 반응하게 된다. 피츠버그 대학 안과 교수이며 신경과학자인 호세 사엘 박사는, 치료받은 환자들이 유용한 시력을 얻게 될지는 내년쯤 알 수 있을 것이라고 말한다.

    그러나 이러한 기술들은 망막이 크게 손상당했거나 녹내장과 같이 시신경이 심각하게 파괴된 환자들에게는 별반 도움이 되지 못한다.

    이를 위해 미국의 세컨드 사이트 사는 현재 60 광점이 장착된 오리온(Orion) 이라는 인공 망막을 뇌의 시각 피질에 직접 이식하여 비디오 카메라로 받은 시각 신호를 (안구를 거치지 않고) 직접 뇌로 송출하려는 시도를 하고 있다.

    지난 1년간에 걸쳐서 오리온 제품을 시술받은 환자 5명 중 4명은 검은색 스크린에 있는 주먹만한 크기의 사각형을 찾아낼 수 있었다. 그리고 5명 전원은 스크린을 가로질러 하얀색 막대의 움직이는 방향을 감지하였다. 세컨드 사이트 사의 과학 이사인 Jessy 박사는 “ 이는 그야말로 고무적인 광경이었다.” 고 말했다.

    그러나 뇌의 표면에 전극을 장착하는 일은 다소의 취약점이 있다. 왜냐하면 피질 조직의 하부에 있는 신경 뉴런을 활성화 시키는 데는 비교적 강한 전류가 필요할 뿐만 아니라, 다수의 전극을 동시에 활성화 시킬 경우 발작을 일으킬 수 있기 때문이다.

    또한 주변부의 전극들이 활성화되면 조직 사이에 있는 세포까지 자극시켜 시각의 픽셀들이 합쳐져 덩어리지는 시각이 만들어 질 수 있다. 그러나 텍사스 주 휴스턴에 있는 베일러 의과대학에서 열린 미팅에서 Second Sight의 협력자들은 60개 이상의 전극이 60개 이상의 위치에서 광점을 만들 수 있다는 증거를 제시했다.

    과학자들은 전류 조절 장치로 알려진 기술을 적용하였는데 이는 일찍이 달팽이 관에 이식하여 음의 높낮이를 보강시키는 보청기 관련 기술로 사용되고 있다.

    이같이 전극이 시각 피질 조직 깊숙이 침투해 들어간다면 뇌의 표적 뉴런에 다가갈 수 있어 작은 전류로도 시각은 활성화되며 좀 더 정교한 광점들이 만들어 질 수 있다.

    지난주 암스테르담 소재 네덜란드 신경과학 연구소의 Xing Chen 박사팀은 원숭이에게 1,000개의 침투성 전극을 가진 시각 장치를 이식하였다. 그리고 연구원들이 한번에 10개에서 15개의 전극을 작동시켰을 때, 원숭이들은 서로 다른 문자들을 구별할 수 있었다. 연구자들은 2023년까지 인간 대상으로 임상을 시작하기를 희망하고 있다.

    뉴욕 보건과학 대학의 신경과학자인 매크닉 박사는 뇌의 경우 인공 망막을 이식하면 뇌 조직이 이식된 망막을 상처로 감싸버리기 때문에 표적이 되는 신경들 사이에 장벽이 생길 수 있다고 우려한다.

    따라서 “이처럼 뇌에 이식하는 인공 망막은 시각 피질을 파괴시켜 미래의 다른 치료 방식에도 영향을 미칠 것임으로 잘 해야 현상 유지만 할 뿐이다” 고 그는 덧붙이면서.

    장차 광유전학이 더 좋은 시각을 만들어 낼 것으로 전망되기 때문에 이같이 뇌 피질에 이식하는 침투성 인공 망막의 방식은 비윤리적 일 수 있다고 주장하였다.

    이번 회의에서 Macknik 박사는 OBserv 라는 기술을 소개하였는데, 이는 뇌의 시각 피질에 도달하는 신경 세포를 표적으로 빛을 인지하는 옵신 유전자를 전달하는 기술이다.

    OBServ 장치와 같이 뇌 피질에 적용하는 광유전학 기술은 조만간 임상에 이르지는 못할 것이다. 앞으로 연구자들은 바이러스 벡타를 이용하여 옵신 유전자를 뇌신경의 특정 조직에
    안전하게 전달하는 것을 실증하여야 한다. 또한 고도의 정밀성과 치밀하게 설계된 장치는 두개골 아래에 이식되어 (외부로부터 전달된) 이미지를 빛으로 비추어야 하며, 신경 활동에 적절히 대응하여 자극을 조절하여야 할 것이다.

    (번역자 주 : 뇌 조직에 옵신 단백질을 만드는 유전자를 전달하여 뇌신경들이 빛에 직접 반응하여야 하며, 이와 더불어 두개골 아래에는 외부의 이미지를 빛으로 비춰주는 장치가 동시에 필요하다는 뜻)

    그러나 많은 연구자들은 뇌에 초정밀 시력을 만들어주는 데 가장 큰 장벽 중 하나는 훨씬 더 근본적인 문제에서 비롯된다고 말한다. 즉 뇌 조직이 시각 이미지를 해석할 수 있도록 어떤 방식의 자극이 필요한 지를 찾아내는 일이다. 예를들어 “100만개의 전극을 갖춘 장치와 완벽한 광유전학 기술로 신경을 활성화를 시킬 수 있다고 해서 모든 것이 해결된다고는 생각하지 않는다.” 라고 바이럴 대학 신경학자인 윌리엄 보스킹 박사는 말하면서,

    “ 뇌의 시각 피질과 어떻게 소통해야 하는지 이제부터 우리는 배워야 한다.” 고 그는 강조하였다.

    -이상-

    The Cure Is In Sight~

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