망막 임플란트

□ 망막 임플란트 개발역사


18세기에 전기자극에 대한 생리적 반응의 초기탐구와 함께 전기의 신비가 밝혀졌다. 1775년 프랑스 Montpellier대 Charles Le Roy 교수가 머리 주위에 전류를 흐르게 하여 시각 장애인에게 빛의 감각을 불어 넣었다. 전기자극에 대한 시각피질의 감수성을 조사한 시각보철물 실험은 1929년 Foerster에 의해 보고되었다. 1931년 Krause와 Schum은 시각피질에 전기펄스를 직접 적용하면 시력을 잃은 대상과 맹인 모두에서 포스펜(phosphenes)이라고 하는 밝은 반점을 인식하게 된다는 사실을 발견했다. 1968년 케임브리지대 Giles Brindley 교수팀은 시각보철물 프로토타입을 개발하였다. 1969년 시카고대의 Albert Potts 교수와 Jiro Inoue 교수는 시각장애환자와 정상시력의 지원자에서 각막전극으로 자극했을 때 전기적으로 유발된 전위를 기록했다. 망막 임플란트의 가능성이 보이면서 망막 임플란트 연구 프로젝트들이 진행되었다.


□ 망막 임플란트 개발 프로젝트


보스턴 망막 임플란트 프로젝트

보스턴 망막 임플란트 프로젝트(Boston Retinal Implant Project, BRIP)는 MIT, 코넬대, MEEI(Massachusetts Eye and Ear Infirmary), 보스턴 재향군인회(Veterans Affairs Boston Healthcare System) 등이 망막하 임플란트 (sub-retinal implant) 연구를 위하여 1989년 설립하였다. 초기 연구는 200개 이상의 전극을 가진 장치를 사용하여 진행되었으며, 실험실 동물에 2년 동안 무선 장치를 이식한 후, 연구를 수행하였다.


EPI-RET

독일 아헨대 클리닉과 프라운호퍼 연구소의 연구원들이 망막 앞판 임플란트의 실험적 실행(Experimental implantation of epiretinal retina implants, EPI-RET) 그룹을 결성하고 EPI-RET3 임플란트를 개발하였다. 2006년 실험에 대한 결과 발표 후 후속 연구발표는 없다.


일본 인공비전 프로젝트

일본 인공비전 프로젝트는 안과기술 전문기업인 NIDEK, 오사카의대, 나라과학기술원등이 참여한 일본 국가의료 및 엔지니어링 협업 프로젝트로 2001년 시작되었다. 망막앞 및 망막하 임플란트에서 보이는 문제를 줄이기 위한 대안으로 STS(suprachoroidal transretinal stimulation)를 2002년 개발하고 2005년과 2008 년에 STS 방법의 안전성과 효능을 오사카의대Takashi Fujikado 교수팀과 함께 평가한 후 2010년 임상시험을 수행하였다.


CORTIVIS 프로젝트

유럽 공동체위원회가 지원하는 프로젝트인 CORTIVIS(Cortical visual neuroprosthesis for the blind)는 장기적인 인간 연구를 위해 FDA 승인을 받은 유타전극어레이(Utah electrode array, UEA)를 이용한다. UEA는 측면 후두 피질의 표면에 놓인 평평한 직사각형 4mmx4mm베이스에서 1.0–1.5mm 돌출된 100 개의 좁은 실리콘 미세 전극으로 구성되어 있다. ICVP 프로젝트와 유사하게, AISC는 외부 RF 블록으로부터 무선 링크를 통해 자극 파라미터 및 전력을 수신한다. CORTIVIS 프로젝트에 대한 임상 시험은 아직 시작되지 않았다.


◾ 코르티사이트 콘소시엄

DARPA는 시각 장애 극복 기술 개발을 위하여 코르티사이트 콘소시엄(CorticalSight Consortium)에 2017년부터 4년간 2490만$의 연구자금을 지급하고 있다. 프랑스 시각연구소(Institut de la Vision)의 José-Alain Sahel 교수가 책임자로 Stanford대, 스위스 생물의학연구원, 젠싸이트 바이올로직스(GenSight Biologics)와 크로노캄(Chronocam), 인스코픽스(Inscopix)가 참여하는 이 프로젝트에서는 안경에 부착된 카메라가 인공 망막 역할을 하여 고해상도로 실제 환경을 촬영한후 데이터를 소형 처리 모듈로 전송한다. 뇌 임플란트는 이 시각 정보를 시각 피질의 뉴런에 의해 해석될 수 있는 빛 신호로 변환한다. 이 연구의 가장 큰 장점은 안구 질환이나 상태에 관계없이 사람들에게 시력 회복을 제공하도록 설계되었다는 점이며, 4년의 연구기간 경과후 인체 연구를 예정이다


□ 망막 임플란트 기업


◾ 세컨드 싸이트

세컨드 싸이트(Second Sight Medical Products Inc, SSMP)는 USC Mark S. Humayun 교수의 연구를 기반으로 1998년에 설립되었다. 세컨드 싸이트는 아구스 I(Argus I)을 개발하여 동물실험에 성공한 후, 2002년부터 임상시험을 시작하였다. 이후 아구스 II(Argus II)를 개발하여 2007년부터 임상시험을 하여 2011년 유럽에서 사용이 승인되었고, 2013년 미국 FDA의 승인을 받았다. 아구스 II는 작은 비디오 카메라, 안경에 장착된 송신기, 비디오 처리장치 및 60개 전극의 망막임플란트 등을 포함한다. 이 시스템은 시신경이 조금 남아있는 환자를 대상으로 환자의 시각능력을 향상시키는데, 한국과 타이완 등 아시아 지역에는 2017년부터 도입되었다. 이후 시신경이 완전히 손상된 환자를 위하여, 시신경을 우회하고 시각 피질을 직접 자극하는 제품인 오리온(Orion) I을 개발하고 2016년말에 임상실험을 시작하였다. 아구스 II의 비용은 수술비 및 장치사용 훈련비용을 제외하고 15만$이다. 약 350명의 환자가 시술을 받았다. 보철 시력의 시뮬레이션은 시각 장애인이 읽고, 얼굴을 인식할 수 있는 수준을 위해서는 600–1000개의 전극이 필요함을 시사하나, 아구스 I은 16개의 전극, 아구스 II는 60개의 전극이다. 전기자극 망막보철물은 사용자가 기본 모양을 식별할 수 있게 하나, 해상도가 매우 낮은 상태인데, 비용 효용성에 대한 의문이 제기되고 있다. 이에 SSMP의 Amit Kukreja 부사장과 동료 연구진은 아구스 II이 비용 효율적이라는 연구결과를 발표하기도 하였다. Mark S. Humayun 교수는 망막 임플란트 등의 개발 업적으로 2015년 오바마대통령으로부터 국가기술혁신훈장을 받았다. 세컨드 싸이트는 2014년 나스닥에 상장되었으며, 2020년 10월 현재 주가총액은 1977만$이다. 2020년 경영난으로 108명의 직원중 84명을 해고하였다.


◾ 레티나 임플란트

독일에서의 망막하 임플란트 연구로 독일 Tubingen대 Eberhart Zrenner교수팀의 SUBRET 프로젝트가 1995에 시작되었다. 이 연구를 기반으로 레티나 임플란트(Retina Implant AG)가 2003년에 설립되었다. 이 회사의 기술은 망막의 황반영역에 삽입되는 약 1,500개의 포토 다이오드, 증폭기 및 전극을 포함하는 3x3mm 마이크로 전자 칩(0.1mm 두께) 이다. 이 칩은 망막에서 온전한 신경 세포를 자극함으로써 최소한 부분 시력을 생성하는 데 도움이 된다. 칩의 전원은 귀뒤 피부 아래에 위치하며 안경이나 카메라가 필요 없는 얇은 케이블을 통해 연결된다. 2005년부터 임상시험을 시작하여 2013년 CE 마크를 획득하였다. 이후 2015년 Retina Implant Alpha IMS의 안전성과 효능 조사에서 이 제품이 허용가능한 안정성에 대한 가능성은 보였지만, 장치의 안전성을 더욱 향상시키기 위해 더 많은 작업을 수행해야 할 필요성이 제기되었다. 이후 달성한 결과가 기대보다 낮았덤 점과 엄격한 유럽 규제시스템 등의 이유로 2019년 3월 회사의 해산을 결정하였다. 2007년 자회사로 설립된 오쿠비전(Okuvision)이 독립적으로 운영하면서 치료를 계속하고 있다.


픽슘 비전

픽슘 비전 (Pixium Vision)은 프랑스 비전 연구소(Vision Institute)의 연구를 기반으로 설립되었다. 픽슘비전이 연구중인 망막 임플란트는 초기에 IMI(Intelligent Medical Implants)의 기술로 개발한 IRIS (Intelligent Retinal Implant System)는 망막앞 (epiretinal) 임플란트였다. IMI는 2002년 스위스 Zug에서 설립되었으며 49개의 전극장치를 포함하는 1세대 학습 망막 임플란트 시스템 (Learning Retinal Implant System)을 2005년에 개발하였다. 이후 픽슘 비전이 IMI를 인수하고 150개의 전극의 IRIS II을 개발하였다. IRIS II는 2016년 CE 승인을 받았으며 초기 결과는 유망하였으나, 2017년 발표된 초기 10명의 피험자에 대한 6개월 데이터에서 장치의 수명이 예상보다 짧다는 것을 인정한 픽슘은 장치의 추가 개선 및 수술 방법에 대한 시험을 연기하였다. 이후 스탠포드대 Daniel Palanker 교수의 연구를 기반으로 망막하(subretinal) 임플란트인 PRIMA(Photovoltaic Retinal Implant)를 개발중이다. Daniel Palanker 교수팀은 태양광 망막 하 픽셀이 펄스 광을 전류로 변환하여 완전한 무선 임플란트를 가능하게 하는 망막 보철에 대한 대안적인 접근법을 개발하였다. 망막 변성을 가진 쥐에서, 이 태양 광 어레이는 건강한 쥐의 정상적인 시력 절반에 해당하는 64 ± 11 μm의 공간 해상도로 망막 반응을 이끌어 냈다. 망막 보철과 관련된 Daniel Palanker의 특허는 스탠포드 대학이 소유하고 픽슘 비전에 라이센스를 부여하였다.


옵토바이오닉스

옵토바이오닉스(Optobionics)는 안과 의사인 미국 일리노이주 Rush대학 Alan Chow교수와 전기 엔지니어인 그의 동생 Vincent Chow가 1990년 설립하였다. 옵토바이오닉스는 손상된 망막 세포를 자극하여 뇌로 보내지는 시각 신호를 재생하도록 설계된 직경 2mm, 두께 25 미크론의 실리콘 칩인 ASR(artificial silicon retina)을 개발하였다. 약 5000개의 독립적으로 작동하는 마이크로 포토 다이오드로 구성된 ASR 망막하 마이크로 칩은 망막 변성을 가진 망막에서, 이미지에 포함된 빛 에너지를 전기 화학적 자극으로 변환하므로 입사광만으로 전원이 공급되며 외부전선, 배터리, 헤드셋 또는 보조컴퓨터를 사용할 필요가 없는 것으로 설계되었다. 동물 모델에서 빛 자극에 반응하여 ASR 칩에 의하여 시각적 자극이 발생했음을 나타냈음을 확인하고 FDA는 2000년 임상 시험을 승인하였다. ASR 마이크로 칩은 자극 발생을 위해 생존 가능한 망막의 존재에 의존한다. 결과적으로, ASR 칩은 전체 망막 손상이 발생한 곳에서 망막을 자극 할 수 없으며 뇌의 관찰 부분의 시신경이 손상된 곳에서는 도움이 되지 않았다. ASR 임플란트는 안전성과 수명이 뛰어나지만 외부 전원 없이 주변 조명에 의존하는 장치는 많은 수의 뉴런을 자극할 수 없다는 결론을 내리고 마감되었다. 옵토바이오닉스사는 운영을 중단하였으며, Chow박사가 회사명과 ASR 임플란트를 인수하여 회사를 구성할 계획을 밝혔다.


BVT

호주의 BVA (Bionic Vision Australia) 컨소시엄은 뉴사우스웨일즈대, 멜버른대, 바이오닉스 연구소, NICTA (National ICT Australia)등으로 구성되어 호주 연구 위원회 (Australian Research Council)의 연구자금으로 2010년부터 2016년까지 덜 침습적이고 해부학적으로 안정적인 이식위치의 망막 임플란트를 연구하였다. 기존 임플란트는 안정성, 결막 및 공막 침식, 망막 박리 등의 문제가 있는데, 그 원인을 원인이 고도의 수술 기술을 요구하는 임플란트의 위치로 인식하였다. 연구진은 망막 임플란트를 맥락막과 공막(sclera) 사이에 이식하면 유리체 절제술 등이 필요없으며, 기존제품보다 망막신경절세포에서 250~400μm 더 떨어져 있다는 단점은 있으나 전임상 고양이모델에서 안전하다는 것을 보여주었다. 연구 컨소시엄에서 개발한 기술은 BVT (Bionic Vision Technologies Pty Ltd)로 이전되어 상용화가 추진중이다. BVT는 BVA 컨소시엄의 연구를 상업화하기 위하여 홍콩의 차이나 화롱 인터내셔널 홀딩즈 (China Huarong International Holdings) 등으로부터 1800만 달러의 투자를 유치하고 2017년 설립되었다. BVA는 2012년 1세대 제품 1상 임상시험에서 수술 절차가 안전하고, 안구내 심각한 부작용이 없으며 반복가능한 섬광지각이 모든 피험자에서 도출한 것을 확인하였다. BVA는 20개 전극의 1세대 제품에 이어서 44채널 전극배열로 업그레이드하여 전극수와 시야를 증가시킨 2세대 제품을 개발하였다. BVT는 44개 전극의 2세대 제품을 4명의 환자를 대상으로 임상시험중이며, 조명조건에 대한 자동조정 기능 등이 있는 새로운 소프트웨어 알고리즘이 통합된 3세대 Bionic Eye System을 개발중이다.