황금빛 눈: 금 나노입자가 언젠가 사람들의 시력을 회복하는 데 도움이 될 수 있을까?

브라운 대학 연구자들이 실시한 새로운 연구에 따르면, 금 나노입자(인간 머리카락보다 수천 배 얇은 미세한 금 조각)가 언젠가 황반변성 및 기타 망막 질환이 있는 사람들의 시력을 회복하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 보입니다.

미국 국립보건원(NIH)의 지원을 받아 ACS Nano 저널에 게재된 연구에서 연구팀은 망막에 주입된 나노입자가 망막 질환이 있는 생쥐의 시각 체계를 성공적으로 자극하고 시력을 회복시킬 수 있음을 보여주었습니다.

이 연구 결과는 안경이나 고글에 착용하는 소형 레이저 장치와 함께 나노입자를 사용하는 새로운 유형의 시각 보철 시스템이 언젠가 망막 질환 환자의 시력 회복에 도움을 줄 수 있음을 시사합니다.

브라운대에서 박사 학위를 취득하는 동안 이 연구를 주도한 미국 국립보건원(NIH) 박사후연구원 지아루이 니에(Jiarui Nie)는 "이것은 복잡한 수술이나 유전자 변형 없이 망막 변성으로 인해 상실된 시력을 회복할 수 있는 새로운 유형의 망막 보형물입니다."라고 말했습니다.

"이 기술이 망막 변성 질환의 치료 패러다임을 바꿀 수 있을 것으로 믿습니다."

니는 브라운 대학 공학대학원의 준교수이자 브라운 대학 카니 뇌과학 연구소의 교수인 이종환의 연구실에서 일하면서 이 연구를 수행했습니다. 이종환은 이 연구를 감독하고 연구의 수석 저자로 활동했습니다.

황반변성이나 색소성 망막염과 같은 망막 질환은 미국과 전 세계 수백만 명의 사람들에게 영향을 미칩니다. 이러한 질환은 망막의 광수용체, 즉 빛을 미세한 전기 펄스로 변환하는 "간상세포"와 "원뿔세포"라고 불리는 빛에 민감한 세포를 손상시킵니다. 이러한 펄스는 시각 사슬의 상위에 있는 양극세포와 신경절세포라는 다른 유형의 세포를 자극하여 광수용체 신호를 처리하고 뇌로 전달합니다.

이 새로운 접근법은 손상된 광수용체를 우회하기 위해 망막에 직접 주입되는 나노입자를 사용합니다. 적외선이 나노입자에 집중되면, 광수용체 펄스와 매우 유사한 방식으로 양극 세포와 신경절 세포를 활성화하는 미량의 열이 발생합니다. 황반변성과 같은 질환은 양극 세포와 신경절 세포는 그대로 두고 주로 광수용체에만 영향을 미치기 때문에, 이 전략은 손상된 시력을 회복할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

이번 새로운 연구에서 연구팀은 생쥐 망막과 망막 질환이 있는 살아있는 생쥐에서 나노입자 접근법을 시험했습니다. 액체 나노입자 용액을 주입한 후, 연구진은 패턴화된 근적외선 레이저를 사용하여 망막에 모양을 투사했습니다. 칼슘 신호를 이용하여 세포 활동을 감지한 결과, 나노입자가 양극성 세포와 신경절 세포를 레이저로 투사된 모양과 일치하는 패턴으로 자극하는 것을 확인했습니다.

실험 결과, 나노입자 용액이나 레이저 자극 모두 염증 및 독성 대사 지표에서 나타난 바와 같이 검출 가능한 부작용을 유발하지 않는 것으로 나타났습니다. 연구진은 탐침을 사용하여 나노입자의 레이저 자극이 생쥐의 시각 피질 활성을 증가시켰음을 확인했습니다. 이는 이전에는 존재하지 않았던 시각 신호가 뇌에서 전달되고 처리되고 있음을 시사합니다. 연구진은 이것이 시력이 적어도 부분적으로 회복되었음을 나타내는 신호이며, 유사한 기술을 인간에게 적용할 수 있는 좋은 신호라고 밝혔습니다.

연구진은 인간에게 적용하기 위해 나노입자와 안경이나 고글에 장착된 레이저 시스템을 결합하는 시스템을 구상하고 있습니다. 고글에 장착된 카메라는 외부 세계의 이미지 데이터를 수집하여 적외선 레이저 패턴을 구동하는 데 사용합니다. 이 레이저 펄스는 사람의 망막에 있는 나노입자를 자극하여 시력을 확보하게 됩니다.

이 접근법은 몇 년 전 미국 식품의약국(FDA)에서 인체 사용을 승인받은 것과 유사합니다. 이전 접근법은 카메라 시스템과 작은 전극 배열을 결합한 것으로, 이를 수술적으로 눈에 이식했습니다. 니에에 따르면 나노입자 접근법은 몇 가지 주요 장점을 가지고 있습니다.

우선, 훨씬 덜 침습적입니다. 수술과 달리 "유리체내 주사는 안과에서 가장 간단한 시술 중 하나입니다."라고 니 박사는 말했습니다.

기능적인 장점도 있습니다. 이전 접근법의 해상도는 전극 배열 크기(약 60제곱픽셀)에 의해 제한되었습니다. 나노입자 용액이 망막 전체를 덮기 때문에 새로운 접근법은 잠재적으로 사람의 시야 전체를 포괄할 수 있습니다. 또한 나노입자가 가시광선이 아닌 근적외선에 반응하기 때문에, 이 시스템은 사람이 가지고 있는 잔여 시력을 방해하지 않습니다.

니에 박사는 이 접근법을 임상 환경에서 시도하기 전에 더 많은 연구가 필요하다고 말했지만, 이 초기 연구는 그것이 가능하다는 것을 시사한다고 말했습니다.

니에 박사는 이 연구에 대해 "나노입자가 심각한 독성 없이 수개월 동안 망막에 머물 수 있음을 보였습니다."라고 말했습니다. "그리고 나노입자가 시각 체계를 성공적으로 자극할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 향후 응용 분야에 매우 고무적입니다."

이 연구는 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립안연구소(National Eye Institute, R01EY030569), 중국장학위원회(China Scholarship Council) 장학금, 사우디아라비아 문화사절단(Saudi Arabian Cultural Mission) 장학금, 그리고 한국의 연금술사 프로젝트 프로그램(Alchemist Project Program, RS-2024-00422269)의 지원을 받았습니다.

공동 저자로는 부산대학교 엄경식 교수, 브라운대학교 타오 루이 교수, 그리고 브라운대학교 학생 하피테 M. 알 고세인, 알렉산더 니페르트, 아론 체리안, 가이아 마리 게르바카, 크리스틴 Y. 마가 포함됩니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250416164526.htm