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- 국내 황반변성 환자 수가 2023년에는 49만7338명으로 최근 5년 동안 약 2.5배 증가
- 망막 손상 부위 아래에 이식되는 2x2mm, 30마이크로미터 두께의 마이크로칩으로 구성
- 임상 연구에서 약 1년간의 훈련 후, 시험 환자의 81%가 시력이 크게 향상
- 전자 줌과 결합하면 황반변성 환자의 시력을 거의 정상으로 회복시킬 수 있다

황반변성: 마이크로칩 망막 이식과 특수안경으로 시력 회복
망막 칩과 특수 안경의 결합으로 AMD로 인한 시력 손실 보완

흥미로운 획기적 발전:
망막 이식을 통해 연령 관련 황반변성(AMD) 환자들이 글자, 단어, 숫자를 인식할 수 있을 정도로 시력을 회복할 수 있게 되었다. 이 획기적인 발전은 망막 아래에 이식된 마이크로칩과 특수 안경의 결합으로 가능해졌다. 임상 연구에서 약 1년간의 훈련 후, 시험 환자의 81%가 시력이 크게 향상되었고 심지어 다시 글을 읽을 수 있게 되었다는 결과가 나왔다. 

▲ 이 작은 마이크로칩은 황반변성 환자의 망막 아래에 이식되어 손상된 시감각 세포의 기능을 대체한다. © Science Corporation/ University College London

연령 관련 황반변성(AMD)은 노인의 시력 저하 및 실명을 유발하는 가장 흔한 원인 중 하나다. 건성 AMD의 경우, 시력이 가장 잘 보이는 부위의 시각 색소 세포가 점진적으로 사멸한다. 습성 AMD의 경우, 혈관이 망막 중심부로 침투하여 파괴된다. 건강보험심사평가원에 따르면 2019년 20만471명이었던 국내 황반변성 환자 수가 2023년에는 49만7338명으로 최근 5년 동안 약 2.5배 증가한 것으로 나타났다. 독일에서는 5백만~6백만 명이 이 질환을 앓고 있다. 질병의 진행을 늦출 수는 있지만, 현재까지 치료법은 없다. mRNA 백신, 줄기세포, 유전자 치료와 같은 새로운 치료법은 아직 초기 단계에 있다.

마이크로칩과 특수 안경

이제 기술적 해결책이 새로운 희망을 제시한다. 본 대학교의 프랭크 홀츠(Frank Holz)가 이끄는 연구팀은 건성 AMD 환자의 시력을 회복시킬 수 있는 임플란트를 개발했다. PRIMA라고 명명된 이 시스템은 망막 손상 부위 아래에 이식되는 2 x 2mm, 30마이크로미터 두께의 마이크로칩으로 구성된다. 시스템의 두 번째 구성 요소는 카메라가 장착된 특수 안경이다.

특수 안경은 기록된 시각 정보를 벨트에 착용하는 소형 컴퓨터로 전송한다. 이 컴퓨터는 이미지를 최대 12배까지 확대하고 대비를 높인다. 그런 다음 최적화된 시각 정보를 안경으로 다시 전송하고, 안경은 이를 적외선 형태로 환자의 망막에 투사한다. 임플란트는 이 적외선을 감지하여 전기 신경 신호로 변환한다. 이는 망막의 정상적인 시각 감각 세포와 마찬가지다.

▲ 이식된 마이크로칩은 크기가 2 x 2mm이고 두께는 30마이크로미터다. 초기 버전은 378픽셀이다. © Science Corporation/ University College

주요 특징은 다음과 같다. "망막 투사는 적외선 범위에서 발생하기 때문에 이식편 주변의 나머지 시감각 세포에는 보이지 않는다"고 스탠퍼드 대학교의 공동 저자인 다니엘 팔란커(Daniel Palanker)는 설명했다. 이는 황반변성 중에도 일반적으로 그대로 유지되는 주변 시야가 손상되지 않음을 의미한다. 따라서 환자는 본래의 잔여 시력과 인공적으로 회복된 중심 시력, 이 두 가지 시력 시스템을 결합할 수 있다. 팔란커는 "이러한 조합은 환자의 시력 능력을 극대화하기 때문에 중요하다"고 말했다.

38명의 AMD 환자를 대상으로 한 첫 번째 시험

팔란커와 그의 연구팀은 5개국 60세 이상 환자 38명을 대상으로 한 연구를 통해 이 프리마 시스템이 진행성 황반변성에서 얼마나 효과적인지 조사했다. 런던 무어필즈 안과 병원(Moorfirlds Eye Hospital)의 공동 저자인 마히 무킷(Mahi Muquit)은 "이 환자들은 더 읽고 쓸 수 없었고 얼굴을 인식할 수 없었다. 대부분 환자는 시력 검사표조차 읽을 수 없었다"rh 말했다.

마이크로칩을 이식하고 회복한 지 몇 주 후, 환자들은 프리마 시스템과 특수 안경 사용 훈련을 시작했다. 정기적인 훈련을 통해 환자들의 눈과 뇌는 부분적으로 전자적이고 반자연적인 시각 방식에 익숙해졌다. 팔란커는 "최적의 시력을 얻으려면 몇 달이 걸릴 수 있다. 청각 장애인을 위한 인공 달팽이관 이식 수술과 비슷하다"고 설명했다.

▲ AMD 환자 쉴라 어바인이 마이크로칩 이식 후 특수 안경을 착용하고 훈련하고 있다. © 무어필즈 안과 병원

"갑자기 글자를 다시 알아볼 수 있게 되었다.”

결과:
프리마 시스템은 AMD 환자의 시력을 크게 향상시켰다. 참가자의 80% 이상이 시력이 크게 향상되었고, 84% 이상이 글자, 숫자 또는 단어를 다시 알아볼 수 있었다. 연구팀은 평균적으로 시력 검사표에서 다섯 줄 정도 시력이 향상되었다고 보고했다.

"이식 수술을 받기 전에는 시각적 인상이 왜곡된 배경이 있는 두 개의 검은 원반처럼 보였다"고 영국의 연구 참가자인 쉴라 어빈(Sheila Irvine)은 말했다. "갑자기 글자를 다시 알아볼 수 있게 되었을 때 정말 신났어요. 이렇게 다시 읽는 법을 배우는 건 쉽지 않지만, 연습할수록 더 많이 볼 수 있게 되더라고요." 환자는 새롭게 얻은 시력을 훈련하기 위해 십자말풀이와 퍼즐을 연습하고 있다. 한 프랑스 참가자는 파리 지하철을 타고 연습하고 있다.

이정표 - 그리고 시작에 불과

"이번 결과는 지도형 위축 치료에 있어 중요한 이정표다. 최초로 진행성 AMD 환자의 중심 시각 기능을 부분적으로 회복할 수 있게 되었다"고 홀츠는 설명했다. "이는 많은 환자에게 새로운 시각을 열어준다"며 무킷은 덧붙였다. "기존 치료법은 일반적으로 질병의 진행을 늦추는 데 그쳤지만, 이 접근법은 최초로 시력을 부분적으로 회복시켜 진정한 패러다임의 전환을 가져왔다.“

▲ PRIMA 시스템은 AMD 환자가 AMD로 인해 시야가 가려진 중앙 시야를 확대 및 대비 향상을 통해 볼 수 있도록 한다. 이는 여기 제시된 시뮬레이션과 유사하다. 더 높은 해상도의 칩은 이미 개발 중이다. © Palanker Lab/ Stanford Medicine

연구진이 강조했듯이 현재 시스템은 시작에 불과하다. 팔란커는 "이 칩은 최초 버전이고 해상도가 아직 상당히 낮다"고 설명했다. 마이크로칩은 각각 100마이크로미터 크기의 378개 픽셀로 구성되어 있다. 또한, 이 시스템은 현재 흑백으로만 시각적 인상을 재현할 수 있으며 회색조는 지원하지 않는다. "하지만 차세대 마이크로칩은 더 작은 픽셀과 더 높은 해상도를 제공할 것이다"고 팔란커는 말했다. 각각 20마이크로미터 크기의 1만 개 픽셀을 탑재한 새로운 버전은 현재 쥐를 대상으로 시험 중이다.

전자 줌과 결합하면 황반변성 환자의 시력을 거의 정상으로 회복시킬 수 있다. 독립적인 데이터 안전 모니터링 위원회는 만장일치로 이 기술의 유럽 시장 승인을 결정했다. 승인 절차는 이미 진행 중이다.

참고: New England Journal of Medicine, 2025; doi: 10.1056/NEJMoa2501396
출처: 스탠퍼드 의대, 런던대학교, 본대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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