나노기술 및 정책 정보

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전 세계 3,200만명의 사람들이 시각 장애인이며, 그들 중 200만에서 4백만명은 망막에서 빛에 민감한 세포의 손실 때문임. 이러한 유형의 실명에 대한 가장 유망한 치료법은 망막 세포를 전기적으로 자극하는 전극을 포함하는 망막 임플란트임.

그러나 현재 임플란트는 매우 열악하고, 착용자는 여전히 법적으로 맹인으로 간주됨. 정상 생활로 간주되려면 이식자가 최소 40도의 시야를 회복해야 하는데, 현재 임플란트는 20도에 불과함.

스위스 로잔연방공과대학교(EPFL) 연구진 매우 유연한 재료로 만들어지고 광전지 픽셀을 포함하는 선구적인 무선 임플란트를 고안함. 착용자에게 훨씬 더 나은 해상도와 함께 46도의 시야를 제공할 것으로 예상됨.

현재 이용 가능한 망막 임플란트는 망막에 직접 배치된 전극 그리드로 구성되며, 임플란트는 한 쌍의 안경과 카메라 및 휴대용 마이크로 컴퓨터에 연결됨. 카메라는 이식자의 시야에 들어가는 이미지를 캡처하여 컴퓨터로 전송하고, 이를 전기 신호로 변환하여 전극으로 전송함. 전극은 시야에서 감지된 빛 패턴을 기반으로 망막 신경절 세포를 자극함. 그런 다음 이식자는 이미지를 보기 위해 들어오는 시각적 감각을 해석하는 방법을 배워야 하며, 패턴이 많고 상세할수록 착용자가 쉽게 알아볼 수 있음.

개발된 임플란트는 기존 임플란트와 마찬가지로 픽셀, 안경 및 카메라의 배열로 구성되지만 와이어는 없음. 또한, 시야를 넓히고 이미지 품질을 향상시키기 위해 설계된 더 큰 표면적을 가지고 있음. 더 큰 표면적은 더 많은 망막 세포가 광전지 픽셀에 의해 자극된다는 것을 의미하며, 이는 시야를 확장할 것임. 또한 이미지를 선명하게 하는 태양광 픽셀의 수를 늘릴 수 있음을 의미함.

지금까지 망막 임플란트의 크기는 주로 눈의 수술 절개 길이에 의해 제한되었음. 조직 손상을 방지하기 위해 절단 부위는 가능한 한 작아야 하고, 이를 극복하기 위해 연구진은 매우 유연한 재료를 사용하여 이를 통해 수술 중 임플란트를 접을 수 있으므로 절개 길이를 늘리지 않고도 더 큰 임플란트를 삽입할 수 있게 됨. 이 소재는 의료 분야에서 이미 사용되고 있는 투명한 무독성 폴리머임. 폴리머가 유연하기 때문에 임플란트가 눈의 곡률로 구부러져 망막 신경절과 더 많이 접촉할 수 있음.

연구진은 전극을 광전지 픽셀로 교체하여 무선 임플란트를 만들 수도 있었음. 전극과 달리 태양열로 구동되는 픽셀은 자체적으로 전류를 생성하며 외부 에너지원이 필요하지 않음. 따라서 카메라에 포착된 빛은 더 이상 전기 신호로 변환될 필요가 없고, 대신 광전지 픽셀에서 감지하고 처리하려면 확대해야 함. 픽셀은 강도, 지속 시간 및 파장 측면에서 특정 요구 사항을 충족하는 빛 신호에만 반응한다고 연구진이 설명함.

광전지 픽셀의 두 번째 장점은 전극보다 공간을 적게 차지한다는 것이며, 그들 중 더 많은 것을 임플란트에 맞출 수 있어 시력과 시야를 더욱 향상시킬 수 있음.

첫 번째 테스트에서 프로토타입은 무독성이며 시야와 시력을 성공적으로 증가시키는 것으로 나타남. 다음 단계는 픽셀이 어떻게 작동하는지, 임플란트가 얼마나 오래 지속될 것인지와 같은 다른 요인을 조사하기 위한 생체 내 시험임.

본 연구 성과는 Nature Communications ("Design and validation of a foldable and photovoltaic wide-field epiretinal prosthesis")에 게재됨.