빛을 잃은 이들의 희망…인공시각 복원 기술

 

시각은 우리가 살아 가면서 느끼는 감각의 90% 이상을 차지한다. “몸이 100냥이면 눈이 90냥”이라는 말도 있다. 눈은 외부의 빛을 뇌가 인식할 수 있는 신호로 치환, 사물을 볼 수 있게 한다. 외부에서 눈으로 들어오는 빛 신호는 조리개 역할을 하는 홍채, 렌즈 역할을 하는 수정체를 지나 망막에 상으로 맺힌다. 빛 신호는 망막의 광수용체에서 전기 신호로 변환돼 망막 양극세포, 망막 신경절세포가 포함된 층을 지난 뒤 시신경을 통해 뇌로 전달된다. 망막의 다층 신경 구조는 시각 기능의 중추다. 한 층만 손상돼도 시각을 잃는다. 건강보험심사평가원에 따르면 국내 녹내장, 당뇨망막병증, 황반변성 등 3대 실명 질환자가 매년 증가세를 보이면서 2013년에 100만명을 넘어섰다.

 

당뇨망막병증과 황반변성은 빛을 인식하는 첫 단계인 광 수용체 손상으로 발생한다. 망막색소상피변성증은 유전병이다. 4000명 가운데 1명에게 발생, 발병 확률이 높다. 나이와 상관없이 유전 인자가 있는 사람은 점차 시력을 잃는다. 황반변성은 65세 이상 노인 20명 가운데 1명꼴로 나타난다. 나이가 들면서 신체 기능 쇠퇴로 광 수용체가 파괴되고, 결국은 시력 상실로 이어진다. 두 질병은 전체 시각 장애 인구의 30%를 차지한다. 국가배상법 시행령에 따르면 양쪽 눈 실명은 노동력 100% 상실로 간주한다. 한쪽 시력을 잃어도 노동력 60%를 상실했다고 본다.매년 4만명 넘는 노동력이 줄고 있는 셈이다. 시각 복원 기술 개발은 개인 삶의 질 문제일 뿐만 아니라 국가노동력 상실의 문제다. 현재 약물이나 수술 등으로 시각 기능을 되살릴 수 있는 치료 방법은 없다. 망막 기능을 대체하는 장치나 시각 복원 인공 기술이 필요하다.

 

최근 손상된 망막을 대체할 수 있는 망막 전기 자극 기술, 광 유전학 기법, 줄기세포 치료 등이 제안되고 있다. 망막 전기 자극 기술은 카메라 또는 광 검출기 등에서 영상을 획득한 후 이를 전기 신호로 바꿔 망막의 살아 있는 세포를 자극하는 방법이다. 최근 미국 세컨드사이트가 개발한 '아르고스Ⅱ' 망막 보철 기술이 식품의약국(FDA) 승인을 받고 상용화됐다. 그러나 자극 해상도가 낮아 명암과 물체의 움직임 정도만 느낄 수 있다. 수술 비용도 비싸 아직 갈 길이 멀다. 광 유전학 기법은 2000년대 중반에 미국 스탠퍼드대 연구진이 제안됐다. 뇌신경과학 분야에 폭넓게 활용되고 있다. 그러나 높은 에너지의 광 자극이 필요하고, 장기간의 시각 복원에 한계가 있다. 줄기세포를 이용한 인공망막의 가능성은 가장 높게 점쳐진다. 주로 광 수용기 세포, 망막색소 상피세포를 대체한다. 아직 면역 거부 반응, 암 발생 같은 분화세포의 불특정성 및 안정성 문제가 있다. 분화 후 기존 세포와의 신경망 회복 문제도 중요한 과제다. 이들 기술은 아직 실제로 손상된 망막을 대체할 수 있을 정도로 발전하지 못했다. 시각 복원 연구는 상용화까지 오랜 시간, 다양한 기술 융합, 많은 연구비가 필요하다. 확실한 성공이 보장되지 않는 원천 기술 연구여서 지속 수행이 쉽지 않다.

 

그럼에도 시각 복원은 시각장애인의 삶의 질 향상, 고령화 시대 노인 복지 등 우리 사회가 반드시 해결해야 할 숙제다. 국내에서도 도전이 이어지고 있다. 서울대는 비록 2015년 이후 후속 연구가 중단됐지만 안과병원에서 국가 지원을 받아 인공망막 개발 연구를 수행했다. 한국과학기술연구원(KIST)도 세계 최초로 인간 유래 광 수용체를 살아 있는 시각 세포에 붙이는 연구를 진행하고 있다. 동물 임상 검증 등 몇 가지 절차가 남았다. 국내 연구는 아직 초기 단계지만 우리나라의 세계 최고 반도체 공정 기술, 바이오 의료 기술은 시각 복원 기술의 핵심이다. 산·학·연의 협동 연구, 국민·정부·기업의 관심과 지원이 지속되면 우수한 기술 확보가 가능하다.

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뇌공학, 뇌과학의 필수 동반자

 

초고령화 시대를 맞아 각광받고 있는 의생명과학의 다양한 학문분야 가운데 뇌과학은 미지의 영역이 가장 많은 분야이다. 뇌를 구성하고 있는 수많은 신경세포들이 반복적이고, 복잡하게 얽혀서 네트워크를 구성하고 있어 그 기능을 이해하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 구조를 잘 알고 있는 공학적 전기회로 네트워크도 복잡할 경우에는 그것을 파악하는데 어려움을 겪을 수밖에 없는데, 아무리 초고해상도의 현미경으로 관찰하더라도 실타래처럼 얽혀있는 복잡한 신경세포 간의 네트워크를 알아내고, 나아가 그들 상호 간에 주고받는 신호들과 이로 인해 작동하는 뇌 기능을 예측하는 것은 불가능에 가까운 일이다.
 
그럼에도 불구하고 과학자들은 과거에는 존재하지 않던 새로운 도구를 발명함으로써 최후의 과학적 난제인 뇌의 신비를 하나씩 풀어나가고 있다. 근대 뇌과학의 선구자로서 1906년에 노벨생리의학상을 수상한 라몬 이 카할(Ramon y Cajal)은 은염색법을 이용해 뇌가 독립된 신경세포들로 이뤄져 있음을 밝혀냈으며, 신경세포를 정교한 스케치로 남기기도 했다. 그런데, 카할의 업적은 노벨상을 공동수상한 카밀로 골지(Camillo Golgi)의 염색법과 근대의 정밀한 현미경의 발명이 없었다면 불가능했을 것이다. 이후 전자현미경의 등장으로 신경과학자들은 고해상도로 세포를 관찰할 수 있게 되었고, 이를 통해 신경세포들을 연결해 주는 물질이 시냅스에서 만들어지는 나노미터 크기의 소포체라는 사실을 증명할 수 있었다. 또한 전자공학과 컴퓨터의 발달로 뇌가 발생시키는 미약한 뇌파를 인체 외부에서 측정하고 정밀하게 분석할 수 있게 되었다. 최근에는 뇌조직을 투명화 하는 기술이 개발되어 뇌의 3차원적인 연결구조를 환상적인 컴퓨터 그래픽으로 관찰할 수 있어 뇌의 비밀에 한 걸음 더 다가갈 수 있는 길이 열렸다. 

 

뇌과학 분야에서는 다른 어떤 분야보다 더 활발한 학문 간 융합이 일어나고 있다. 매년 미국에서 열리는 신경과학 분야의 최대 학회인 SFN(Society for Neuroscience)에서는 신경생물학자 뿐만이 아니라 물리학, 수학, 컴퓨터공학, 심리학, 전자공학 등 다양한 배경을 가진 수만 명의 과학자들이 모여 ‘뇌’라는 하나의 주제를 놓고 열띤 논의를 벌인다. 이러한 논의를 통해 새로운 과학적 발견을 위한 도구가 개발되고, 그 도구를 활용한 연구를 통해서 획기적인 연구성과가 나오는 것이 최근 뇌과학 분야의 추세라고 할 수 있다. 미국 오바마 정부가 2014년에 출범시킨 국가차원의 대형 뇌연구 프로그램인 BRAIN(Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative의 주요 목표 가운데 하나가 혁신적인 신경기술을 개발하는 것이고, 신경세포를 모니터링하는 기술과 축적된 데이터를 효과적으로 분석하는 기술개발이 주요 과제로 포함되어 있는 것 또한 신경과학 분야의 발전에 있어 새로운 과학적 분석도구의 개발이 필수불가결한 조건임을 보여주고 있다. 국내에서도 2016년 수립된 뇌연구 발전전략을 바탕으로 대규모 연구투자 계획이 수립되는 등 뇌연구 분야가 최근 많은 관심과 지원을 받고 있다. 물론 미국, 일본, 유럽과 같은 선진국에 비하면 연구비 규모나 인프라가 턱없이 부족하지만 우리나라의 뇌연구 역량을 한 단계 도약시키는 계기가 마련되었다는 점에서 그 의의를 찾을 수 있다. 특히, 뇌공학 분야를 주요 연구분야 중 하나로 인정한 것은 뇌연구에 있어서 뇌공학의 중요성을 인식하고 있다는 점에서 고무적이다.

 

이처럼 최근 높아진 뇌공학의 중요성에 대한 인식이나 관심에도 불구하고 국내 뇌공학 연구가 크게 활성화 되고 있지 못한 것이 현실인데, 이것은 국내 공학 분야의 연구비 지원이 기초연구 보다는 응용연구에 치중되어 있어 기초연구인 뇌공학자들이 연구비를 확보하기가 어렵기 때문이다. 이러한 현실 속에서 국내 뇌공학자들은 선도형 연구보다는 추격형 연구에 비중을 두고 연구할 수밖에 없고, 그 결과 우리 뇌연구가 세계적인 연구그룹들을 뛰어넘을 수 있는 획기적인 연구성과를 낼 수 있도록 하는 ‘도구’를 제공하지 못하고 있는 것이다. 알파고 이후 불어온 인공지능 열풍으로 뇌연구에 대한 관심이 높아지면서 뇌공학에 대한 관심도 그 어느 때보다 뜨겁다. 인공지능이 기존 뇌공학의 범주에서는 생소한 분야이기 때문에 이 같은 관심에 다소 냉소적인 학자들도 있지만, 대중들의 관심이 새로운 바람을 일으키고 있다는 사실은 부인하기 어렵다. 이런 때에 해외의 주류 연구만 쫓지 않고 새로운 생각과 관점으로 새로운 문제에 도전한다면 대한민국 뇌공학만의 독특한 색깔을 낼 수 있지 않을까 하는 생각을 해본다. 지금은 더 이상 추격자가 아닌 뇌공학의 새로운 영역을 개척해 나갈 ‘퍼스트 펭귄’이 필요한 시점이기 때문이다.

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'창업 생태계' 구축에 방점... 바이오·의료 메카로 부활 날갯짓

 

홍릉단지가 본격적인 개발에 들어가는 모양입니다. 이곳은 KIST를 비롯해 대학, 병원 등이 밀집해있어 바이오 의료 분야의 융합 시너지 효과를 기대하고 있습니다. 서울시에서도 야심차게 준비하고 있는데요. 그 현장 아래에서 확인해보세요

 

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[IF] Dr.로봇, 메스를 건네받다

 

로봇이 수행하는 정밀의료! 이제 멀지 않은 현실인 것 같습니다. 의료용 로봇 시장은 날이 갈수록 커지고 있습니다. 그러다보니 각국의 로봇연구소에서는 이 분야를 선점하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다.  KIST에서도 미세수술로봇, 재활보조로봇 등 다양한 분야의 연구를 진행하여 성과를 내고 있습니다. 로봇미디어연구단의 강성철 박사님, 김계리 박사님, 김천우 박사님이 그 주인공인데요. 아래 조선일보 기사에서 내용 확인해보세요

 

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[PEOPLE] 롤랜드 부쉬 지멘스 부회장

서울 ‘바이오·의료 클러스터’ 조성에 앞장

 

지난번 서울시의 홍릉지역 바이오 R&D 클러스터 조성과 관련한 글을 소개해드렸었는데요~ 관련하여 지멘브 부회장이 과연 어떤 사람인지에 대해서 좀더 궁금 했던 분들도 많을 것으로 생각합니다. 이번 매일경제 PEOPLE 이 롤랜드 부쉬 부회장에 대해 좀더 자세하게 살펴보았습니다. 아래 기사에서 그가 어떤 사람인지 읽어보세요

 

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[이슈분석]서울시, 산업지도 다시 쓴다

 

서울시의 산업구조 개편과 관련하여 KIST가 위치하고 있는 홍릉단지에 대한 내용도 포함되었습니다. 홍릉일대는 KIST가 1966년 설립된 이래 대한민국 과학기술발전의 HUB 역할을 해왔습니다. 이제 이러한 장점을 살려 바이오-의료 R&D 허브로 육성한다는 것이 서울시의 의견입니다. 자세한 내용 아래의 기사에서 확인하세요

 

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대한민국 병원서 접할 '의료용 로봇' 현실화

 

'2016년 로보월드'에서는 다양한 로봇 기술들이 공개되었는데요. 특히 의료용 로봇이 관심을 많이 끌었습니다.  KIST의 기술출자로 설립된 '로보케어'에서도 치매환자 케어로봇인 실벗 3를 공개했습니다. 그 내용 아래의 기사에서 확인해 보세요

 

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