스탠포드의 작은 안구 칩, 시각 장애인의 시력 회복에 도움

왼쪽: 황반변성 환자 시력 시뮬레이션. 오른쪽: PRIMA 인공안구로 향상된 환자 시력 시뮬레이션. 사진 제공: Palanker Lab/Stanford Medicine

눈 뒤쪽에 이식된 초소형 무선 칩과 첨단 스마트 안경이 노인성 황반변성(ARP)의 진행성 질환을 앓고 있는 환자들의 시력을 부분적으로 회복시켰습니다. 스탠포드 의대와 국제 협력 연구진이 주도한 임상 연구에서는 32명의 참가자 중 27명이 이식 수술 후 1년 이내에 독서 능력을 회복했습니다.

조절 가능한 줌과 향상된 대비 등 디지털 기능의 도움으로 일부 참가자는 20/42 시력에 필적하는 시각적 선명도를 달성했습니다.

이 연구 결과는 10월 20일 New England Journal of Medicine 에 게재되었습니다.

기능적 시력 회복의 이정표

스탠퍼드 의대에서 개발된 PRIMA라는 이름의 이 임플란트는 시력을 회복할 수 없는 사람들에게 사용 가능한 시력을 회복시켜 주는 최초의 의안 장치입니다. 이 기술을 통해 환자는 모양과 패턴을 인식할 수 있으며, 이를 형태 시각(form vision)이라고 합니다.

"이전의 모든 보철 장치를 이용한 시력 향상 시도는 기본적으로 빛에 대한 민감도만 높였을 뿐, 형태 시력은 제대로 구현하지 못했습니다."라고 안과 교수이자 이 논문의 공동 선임 저자인 다니엘 팔란커 박사는 말했습니다. "형태 시력을 구현한 것은 저희 연구팀이 처음입니다."

이 연구는 피츠버그 대학교 의과대학 안과 교수인 호세 알랭 사헬 박사가 공동으로 주도했으며, 독일 본 대학교의 프랭크 홀츠 박사가 주저자로 참여했습니다.

PRIMA 시스템 작동 방식

이 시스템은 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 안경에 부착된 소형 카메라와 망막에 이식된 무선 칩입니다. 카메라는 시각 정보를 포착하여 적외선을 통해 이식체에 투사하고, 이식체는 이를 전기 신호로 변환합니다. 이 신호는 정상적으로 빛을 감지하여 시각 데이터를 뇌로 전송하는 손상된 광수용체를 대체합니다.

PRIMA 프로젝트는 수십 년에 걸친 과학적 노력의 산물이며, 수많은 프로토타입, 동물 실험, 초기 인체 실험이 포함됩니다.

팔란커는 20년 전 안과용 레이저를 이용하여 안구 질환을 치료하는 과정에서 이 아이디어를 처음 떠올렸습니다. "눈이 투명하다는 사실을 활용하여 빛으로 정보를 전달해야 한다는 것을 깨달았습니다."라고 그는 말했습니다.

"2005년에 우리가 구상했던 장치는 이제 환자에게 놀라울 정도로 잘 작동합니다."

손실된 광수용체 교체

최근 임상시험에 참여한 참가자들은 지도형 위축증으로 알려진 연령 관련 황반변성의 진행 단계를 앓고 있었으며, 이는 중심 시력을 점진적으로 손상시킵니다. 이 질환은 전 세계적으로 500만 명 이상에게 영향을 미치며, 노인의 비가역적 실명의 주요 원인입니다.

황반변성에서는 중심부 망막의 빛에 민감한 광수용체 세포가 손상되어 주변 시야가 제한됩니다. 그러나 시각 정보를 처리하는 망막 신경 세포는 대부분 손상되지 않으며, PRIMA는 이러한 생존 구조를 활용합니다.

2x2mm 크기의 이 임플란트는 광수용체가 소실된 망막 부위에 이식됩니다. 가시광선에 반응하는 천연 광수용체와 달리, 이 칩은 안경에서 방출되는 적외선을 감지합니다.

팔란커는 "이식체 외부에 있는 나머지 광수용체에 보이지 않도록 하기 위해 적외선으로 투사를 실시합니다."라고 말했습니다.

자연적 시각과 인공적 시각의 결합

이 디자인을 통해 환자는 자연스러운 주변 시야와 새로운 보철 중심 시야를 동시에 사용할 수 있어 방향을 파악하고 움직이는 능력이 향상됩니다.

팔란커는 "그들이 의시와 주변시를 동시에 볼 수 있다는 사실은 그들이 시각을 합치고 최대한 활용할 수 있기 때문에 중요합니다."라고 말했습니다.

이 임플란트는 빛만으로 전류를 생성하는 광전지 방식이기 때문에 무선으로 작동하며 망막 아래에 안전하게 삽입할 수 있습니다. 이전 버전의 인공 눈 장치는 외부 전원과 눈 밖으로 뻗어 나가는 케이블이 필요했습니다.

다시 읽기

새로운 시험에는 연령 관련 황반변성으로 인해 지리적 위축이 있고 적어도 한쪽 눈의 시력이 20/320 미만인 60세 이상의 환자 38명이 포함되었습니다.

한쪽 눈에 칩을 이식한 지 4~5주 후, 환자들은 안경을 사용하기 시작했습니다. 일부 환자들은 패턴을 즉시 알아볼 수 있었지만, 모든 환자의 시력은 수개월간의 훈련을 통해 향상되었습니다.

팔란커는 "최고의 성능에 도달하려면 몇 달간의 훈련이 필요할 수 있는데, 이는 인공 달팽이가 인공 청력을 익히는 데 필요한 것과 비슷합니다."라고 말했습니다.

1년간의 임상시험을 완료한 32명의 환자 중 27명은 글을 읽을 수 있었고, 26명은 시력에서 임상적으로 의미 있는 개선을 보였습니다. 시력이란 표준 시력표에서 최소 두 줄 이상 읽을 수 있는 능력으로 정의됩니다. 평균적으로 참가자들의 시력은 5줄, 한 명은 12줄이 개선되었습니다.

참가자들은 일상생활에서 이 의수를 사용하여 책, 식품 라벨, 지하철 안내 표지판 등을 읽었습니다. 이 안경을 통해 명암비와 밝기를 조절하고 최대 12배까지 확대할 수 있었습니다. 참가자 3분의 2는 이 기기에 대해 중간에서 높은 수준의 사용자 만족도를 보였습니다.

참가자 19명이 안압 상승(눈의 높은 압력), 주변 망막 열상, 망막하 출혈(망막 아래에 혈액이 고이는 현상) 등의 부작용을 경험했습니다. 그러나 생명을 위협하는 부작용은 없었으며, 거의 모두 2개월 이내에 회복되었습니다.

미래 비전

현재 PRIMA 장치는 흑백 영상만 제공하고 그 사이의 음영은 없지만, Palanker는 곧 전체 회색조 범위를 지원하는 소프트웨어를 개발하고 있습니다.

"환자들이 가장 원하는 것은 독서입니다. 하지만 그 바로 다음인 안면 인식이 두 번째로 중요합니다."라고 그는 말했습니다. "그리고 안면 인식에는 흑백 해상도가 필요합니다."

그는 또한 더 높은 해상도의 시각을 제공하는 칩을 개발하고 있습니다. 해상도는 칩 픽셀 크기에 의해 제한됩니다. 현재 픽셀은 폭 100마이크론이며, 각 칩에는 378개의 픽셀이 있습니다. 이미 쥐를 대상으로 시험된 새로운 버전은 폭 20마이크론 정도의 작은 픽셀을 가질 수 있으며, 각 칩에는 10,000개의 픽셀이 있습니다.

팔란커는 또한 광수용체 상실로 인한 다른 유형의 실명에 대해서도 이 장치를 테스트하고자 합니다.

"이 칩은 첫 번째 버전이고 해상도가 상대적으로 낮습니다."라고 그는 말했다. "픽셀이 더 작은 차세대 칩은 해상도가 더 높고, 더 세련된 안경과 함께 사용될 것입니다."

팔란커는 20마이크론 픽셀을 가진 칩은 환자의 시력을 20/80으로 만들 수 있다고 말했다. "하지만 전자 줌을 사용하면 20/20에 근접할 수 있습니다."

독일 본대학교 연구진; 병원 Fondation A. de Rothschild, 프랑스; 무어필드 안과병원 및 유니버시티 칼리지 런던; 루트비히스하펜 대학 교육 병원; 로마 토르 베르가타 대학교; 뤼베크 대학교 슐레스비히-홀슈타인 의료 센터; L'Hôpital Universitaire de la Croix-Rousse 및 Université Claude Bernard Lyon 1; Azienda Ospedaliera San Giovanni Addolorata; Centre Monticelli Paradis 및 L'Université d'Aix-Marseille; Créteil 및 Henri Mondor 병원의 공동 병원; Knappschaft 병원 자르; 낭트대학교; 대학 안과병원 튀빙겐; 뮌스터 대학교 의료 센터; 보르도 대학 병원; Hôpital National des 15-20; 에라스무스 대학 의료 센터; 울름 대학교; 사이언스 코퍼레이션; 캘리포니아 대학교, 샌프란시스코; 워싱턴 대학교; 피츠버그 대학교 의과대학과 소르본 대학교가 이 연구에 기여했습니다.

이 연구는 Science Corp., 영국 국립 건강 및 의료 연구소, Moorfields Eye Hospital National Health Service Foundation Trust, University College London Institute of Ophthalmology의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251022023118.htm