국내 연구진이 손상된 망막 대체에 활용할 수 있는 망막 내 광수용체를 인공적으로 제작하고, 인공 광수용체가 실제로 사람 눈과 유사한 방식으로 빛과 색깔을 감지한다는 것을 실험으로 확인했다.

28일 한국과학기술원(KIST) 센서시스템연구센터 김재헌 박사와 한국기초과학지원연구원(KBSI) 송현석 박사, 서울대 박태현 교수팀은 빛뿐만 아니라 색까지 구분할 수 있는 인공 광수용체 소재를 생산하고 작동 메커니즘을 분석하는 데 성공했다고 밝혔다.

KIST 김재헌 박사는 "이번에 개발한 인공 생체 소재는 순수 국내 연구진에 의해 개발된 생명공학과 광학 분야의 융합 원천 기술"이라며 "향후 망막질환 치료를 위한 소재로 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, 5월 18일)에 게재되었다.

가장 중요한 감각 기관 중 하나인 눈에서 사고나 장애, 황반변성, 당뇨성 망막증 등 질환으로 망막이 손상되면 의학적으로 시력 회복이나 복원이 불가능한 상태가 될 수 있다.

이 때문에 손상된 망막을 대체하기 위한 기술로 '인공망막' 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 인공망막을 시각 질환자에게 이식해 시력을 회복시키려는 노력이 진행되고 있다.

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 인간배아신장 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.

▲ 빛의 3원색인 파란색 (1SW), 녹색 (1MW), 붉은색 (1LW) 빛을 흡수하고 주로 명암을 구분 (Rho)하는 인간 광수용체 단백질 4종을 각각 활용해 제작한 인공 생체 소재가 인간의 망막과 유사하게 빛을 인지해 색을 구분하는 것을 보여준다.

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.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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