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최근 망막 색소 변성증과 노인성 황반변성과 같은 난치성 안질환으로 인해 망막의 광수용체가 손상되어 실명되는 환자가 증가하고 있으며, 이들의 시력 회복을 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 전기자극 기반의 인공시각 장치는 전극의 침습적 삽입 문제나 낮은 해상도와 같은 한계가 있어 초음파, ...

최근 망막 색소 변성증과 노인성 황반변성과 같은 난치성 안질환으로 인해 망막의 광수용체가 손상되어 실명되는 환자가 증가하고 있으며, 이들의 시력 회복을 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 전기자극 기반의 인공시각 장치는 전극의 침습적 삽입 문제나 낮은 해상도와 같은 한계가 있어 초음파, 자기장, 열, 혹은 빛과 같은 다른 자극 방식이 제안되고 있다. 특히 광학 기반의 신경 자극은 인공물의 삽입이 없고, 조직손상이 없으며, 비접촉 자극이 가능하다는 점에서 주목받고 있다. 그 중, 광유전학 기반의 인공시각 장치는 목표 세포에 선택적으로 발현된 광 민감성 이온 채널을 통해 목표 세포의 선택적인 자극을 고해상도로 할 수 있다는 장점 덕분에 주목받고 있다. 그러나 광유전학 기반의 고해상도 자극 가능성에도 불구하고, 안구의 광학 경로 내 다양한 층에서 발생하는 광학 수차로 인해 망막에 정교한 빛 자극을 하기 어렵다는 문제가 있다. 본 연구에서는 광유전학 기반의 적응 광학이 적용된 패턴 빛 자극을 사용하여 망막 신경절 세포(Retinal Ganglion Cell, RGC)를 단일 RGC 단위로 자극하고, 칼슘 이미징으로 신경 신호를 광학적으로 기록할 수 있는 광 신경 인터페이스 시스템을 개발하였다. 고안한 광 신경 인터페이스 시스템은 ex-vivo 실험을 위한 ex-vivo 시스템과 in-vivo실험을 위한 in-vivo 시스템으로 구성된다. Ex-vivo 시스템은 trans-illumination과 epi-illumination을 모두 사용하여 세포의 형태학적 이미징과 형광 이미징이 가능하며, 단일 RGC를 구분할 수 있음을 확인하였다. 또한, ex-vivo 시스템에 포함된 digital light processing (DLP) 장치를 통해 단일 RGC 단위의 빛 패턴 자극 가능성을 확인하였다. In-vivo 시스템 또한 안저 이미징과 빛 자극이 가능하며, in-vivo 시스템에는 빛 자극 경로 내에 적응 광학 시스템이 추가하여 안구에서 발생한 광학 수차를 보정함으로써 정교한 빛 자극을 할 수 있게 설계하였다. 마지막으로 rd1 마우스의 망막 단면을 촬영하여 망막 변성에도 망막 신경절 세포층(GCL)의 구조가 크게 변하지 않음을 확인하였다. 또한, 광유전학을 위한 광 민감성 이온 채널 유도를 위한 바이럴 벡터를 마우스 안구에 유리체 내 주입 방식으로 주입하였고, 바이럴 벡터의 형질 발현을 확인하였다. 본 연구를 통해 ex-vivo 시스템을 통한 RGC의 패턴 자극 및 신경 신호 기록이 가능함을 확인하였으며, in-vivo 시스템에는 적응 광학 기술이 적용되어 광유전학 기반 고해상도 신경 자극 및 이미징이 가능할 것으로 기대된다.

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