이준원 연세대 강남세브란스병원 안과 교수(왼쪽부터), 변석호 세브란스병원 안과 교수, 박장웅 신소재공학과 교수 이준원 연세대 강남세브란스병원 안과 교수, 변석호 세브란스병원 안과 교수, 박장웅 신소재공학과 교수팀은 망막 오가노이드(인공 미니망막)에서 3차원 액체금속 미세전극을 이용해 망막 발달 과정에서 일어나는 전기 신호를 정확하게 분석했다고 1일 밝혔다.

시각 기능에서 가장 중요한 조직 중 하나인 망막은 눈으로 들어온 빛 자극을 전기적 신호로 변환해 뇌로 전달한다. 주요 실명 원인 질환인 황반변성, 당뇨병성 망막병증, 녹내장 등은 모두 망막에 발생하는 질환들이다.

줄기세포를 배양하거나 재조합해 만드는 장기 유사체인 오가노이드(organoid)는 ‘미니 장기’로 불리기도 한다. 질병 모델 및 신약 개발 등의 목적으로 활용한다.

망막을 비롯해 인간의 장기를 분석하기 위해서는 조직을 채취해야 한다. 망막은 뇌와 마찬가지로 조직을 채취할 경우 그 기능이 중대하게 손상돼 조직을 얻을 수 없다. 망막 연구에서 미니 장기(오가노이드) 개발이 필요한 이유다. 

연구팀은 인공 미니망막의 기능을 분석하기 위해 액체금속으로 3차원 미세전극을 개발했다. 기존에도 전기적 방법을 기반으로 한 분석법은 있었지만, 형광 발현 방식은 미니 망막의 기능을 간접적으로 측정하는 방식으로 실제 망막 세포 기능을 관찰하는 데 어려움이 있다. 고체전극 방식은 미니 망막의 세포와 구조에 손상을 가할 위험이 컸다.

연구팀은 미니 망막 안쪽에 있는 망막 신경절세포를 3차원 미세전극으로 타깃해 망막의 발달 단계를 전기적으로 분석했다. 분석 과정에서 사용한 3차원 미세전극은 기존 방법들과는 달리 미니 장기의 내부를 정확하게 표적했을 뿐만 아니라 세포를 손상하지도 않고 신경 활동을 장기간 연속적으로 기록했다. 이를 통해, 미니 망막이 인간 태아의 원시 망막과 유사한 시냅스 연결성을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

이준원 교수는 “3차원 미세전극을 활용해 비침습적이고 연속적으로 미니 망막의 기능을 분석할 수 있었다”며 “이번 연구를 통해 미니 망막이 실제 인간 망막의 기능적 특성을 그대로 재현하는 데서 오가노이드의 활용 가능성을 확인했고, 앞으로 망막 질환을 이해하고 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’(Advnced Materials, IF 27.4) 최신호에 실렸다.