초소형 임플란트에서 수소 치료까지, 시력 손실을 목표로 하는 새로운 진전

시력은 우리에게 가장 지배적인 감각이며, 이를 가진 사람들은 종종 당연하게 여기곤 합니다. 시력이 없는 사람들은 그 중요성을 이해하는데, 시력이 없으면 학습, 독서, 걷기, 그리고 삶을 온전히 살아가는 것이 복잡해집니다.

시력 손상은 눈 질환이 시각 시스템의 기능에 영향을 미칠 때 발생하며, 이는 일생에 걸쳐 심각한 결과를 초래합니다.

개인이 충분히 오래 살면 평생 최소 한 가지 눈 질환을 겪게 됩니다. 전 세계적으로 약 22억 명이 어떤 형태의 시력 손상을 가지고 있습니다. 그 중 절반 정도는 손상된 시력을 예방하거나 아직 해결되지 않은 상태입니다. 이때 시기적절하고 양질의 치료가 중요하며, 이는 눈 질환의 많은 결과를 완화할 수 있습니다.

시력 손상은 개인뿐만 아니라 전체 경제에도 재정적 부담을 주며, 연간 전 세계 생산성 손실 비용이 약 4,110억 달러로 추정됩니다. 이 경제적 부담을 줄이기 위해 연구팀은 하이드로겔에 항염증 약물을 넣어 염증 부위에 효과적으로 전달하고 망막의 염증을 감소시켰습니다.

연구자들은 망막 퇴행을 겪는 쥐에게 약물 로드된 염증 반응성 하이드로겔을 주입했으며, 그 결과 망막의 염증 인자가 6.1%로 감소한 것을 확인했습니다.

망막 퇴행으로 파괴되는 광수용체 세포에도 보호 효과가 발견되었습니다. 특히 히알루론산 기반 하이드로겔은 환자마다 다른 분해 속도를 허용함으로써 반복 주사의 필요성을 최소화합니다.

팀은 질병 진행에 따라 사용되는 약물 및 하이드로겔의 양과 치료 기간을 디지털화하여 향후 상용화를 목표로 하고 있습니다. , 다른 평가될 영역으로는 약물 전달 시스템의 장기 안정성 및 다른 망막 질환에도 적용 가능한지 여부가 포함된다고 경희대학교 오승자 교수는 언급했습니다.

장기적인 생존성을 갖는 초소형 임플란트 제작

실명 치료를 위해 시력 임플란트가 등장했으며, 이는 고도 시력 손실을 겪는 사람들이 어느 정도 시각을 회복할 수 있게 하는 놀라운 기술입니다. 

시각이 없는 사람의 경우에도 시각 피질은 여전히 작동하며 입력을 기다립니다. 여기서 뇌 자극이 등장하는데, 임플란트를 통해 전기 신호를 뇌의 시각 피질에 전달하는 방식입니다. 이를 위해 수천 개의 전극(각각이 하나의 픽셀을 나타냄)이 필요하여 충분한 정보를 제공하고 이미지를 생성할 수 있습니다. 

Chalmers 대학의 바이오일렉트로닉스 교수인 Maria Asplund에 따르면:

“전극이 많이 ‘공급’될수록 이미지가 더 좋아집니다. (생성된 이미지) 고속도로의 매트릭스 보드와 같으며, 어두운 공간에 정보에 따라 빛나는 몇몇 지점이 나타납니다.”

이 기술은 이미 수십 년 동안 존재해 왔지만, 부피가 크고 뇌에 흉터를 유발한다는 점에서 개선이 필요합니다. 또한 임플란트 재료가 너무 경직되고 시간이 지나면서 부식될 수 있는 문제도 있습니다.

그래서 프라이부르크 대학, 네덜란드 신경과학 연구소, 스웨덴 챌머스 공과대학의 연구팀이 정말 작은 임플란트를 개발하기 위해 모였습니다. 이 임플란트는 모든 전극이 일렬로 배치된 ‘실’과 같으며, 뉴런 크기 정도입니다. 

극히 작은 전극을 갖게 되면 하나의 임플란트에 많은 전극을 배치할 수 있어 보다 정밀한 이미지를 제공할 수 있습니다. 

“시각 임플란트 부품의 소형화는 필수적입니다. 특히 전극은 뇌 시각 영역의 많은 지점에 자극을 전달할 수 있을 만큼 충분히 작아야 합니다.”

– 연구 책임자 Asplund 

실제로 매우 작은 임플란트를 만들면서 인간 몸의 복잡성과 결합하면, 작은 전극이 습하고 습한 환경에서 오랫동안 지속되는 등 여러 도전 과제가 있습니다.

이 연구의 전기 임플란트는 가로 40mm, 두께 10mm이며 금속 부위는 수백 나노미터에 불과합니다. 그 작은 크기로 인해 부식되거나 작동이 멈출 여유가 없습니다. 이를 방지하기 위해 팀은 전도성 폴리머를 사용해 금속을 부식으로부터 보호하고 전기 자극을 전달하도록 했습니다.

“우리가 구현한 전도성 폴리머-금속 조합은 시각 임플란트에 혁신적이며, 이로써 임플란트 전체 수명 동안 기능을 유지할 수 있기를 기대합니다.”

– Asplund

연구는 신경 세포 크기의 작은 전극을 제작하고 이를 뇌에서 매우 오랜 기간 동안 효과적으로 작동하도록 만드는 첫 단계를 달성했습니다. 다음 단계는 이제 수천 개의 전극 연결을 가질 수 있는 임플란트를 ‘만드는 것’이며, Asplund는 이미 Neuraviper 프로젝트에서 이를 탐구하고 있습니다.

RPE 세포 치료가 AMD에 큰 잠재력을 보여줍니다

시력 손실은 연령에 관계없이 누구에게나 영향을 미칠 수 있지만, 시력 손상 및 실명의 대부분은 50세 이상입니다. 연령 관련 황반변성(AMD)은 선진국과 개발도상국 모두에서 실명의 주요 원인 중 하나이며, 그 원인은 각각 다릅니다.

선진국에서는 황반(지질 침전물) 축적과 그에 따른 RPE, 맥락막 모세혈관, 외부 망막 부위의 퇴행이 시력 저하를 초래합니다. 반면 개발도상국에서는 망막과 공막 사이의 중간층인 맥락막에서 비정상적인 혈관이 성장하고 RPE 세포로 침투하면서 출혈이나 망막 박리를 일으켜 AMD를 유발합니다.

이 시급한 문제를 해결하기 위해 앙글리아 러스킨 대학교(ARU)의 연구원들은 실명의 일반적인 원인을 치료하는 새로운 방법을 보고했습니다. 이 방법에서 Barbara Pierscionek 교수는 나노기술을 이용해 3D “스캐폴드”를 구축했으며, 이를 통해 망막 세포를 성장시켰습니다.

Materials & Design에 발표된 이 연구는 망막 색소 상피(RPE) 세포가 최대 150일 동안 건강하고 생존 가능하게 성장한 것을 보여주었습니다. RPE 세포는 한 층의 비분열성 세포로 망막 신경 부위 바로 외부에 위치합니다. 이 세포가 손상되면 시력이 악화될 수 있습니다.

‘전기방사(electrospinning)’라는 기술이 처음으로 RPE 세포가 성장할 수 있는 스캐폴드를 만드는 데 사용되었습니다. 스캐폴드에 항염증 스테로이드인 플루오시놀론 아세토니드로 처리하면 세포의 회복력이 증가했습니다.

눈 세포의 성장을 촉진함으로써, 이 연구는 환자 눈에 이식할 수 있는 안구 조직 개발에 큰 잠재력을 보여줍니다. 이는 또한 AMD 치료 방식을 혁신할 수 있습니다.

AMD 사례 수는 앞으로 몇 년 안에 크게 증가할 것으로 예상됩니다. 최근 연구에 따르면, 2050년까지 유럽에서 약 7,700만 명이 연령 관련 황반변성의 형태를 가질 것으로 추정됩니다. 이러한 증가 추세는 “추가적인 의료 서비스 및 자원 배분”에 대한 상당한 필요성을 의미합니다.

그 결과, 이러한 세포를 눈에 이식하는 효율적인 방법을 찾는 데 초점이 맞춰졌으며, 최신 연구는 항염증 물질로 처리된 나노섬유 스캐폴드가 실제로 RPE 세포의 기능과 성장을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. Pierscionek에 따르면:

“이 시스템은 Bruch’s membrane을 대체할 수 있는 큰 개발 잠재력을 보여주며, 합성적이고 무독성이며 생체 안정적인 지지체를 제공해 망막 색소 상피 세포 이식에 활용될 수 있습니다. 이 막의 병리학적 변화가 AMD와 같은 안구 질환의 원인으로 확인되어, 전 세계 수백만 명에게 도움이 될 수 있는 흥미로운 돌파구입니다.”

H2 가스를 이용한 ROP 시력 손실 예방

실명이 노인에게 심각한 영향을 미치는 반면, 소아 실명도 마찬가지로 시급한 문제입니다. 시각 장애가 있는 아이들은 일반적으로 언어, 운동, 정서, 사회 및 인지 발달이 지연되어 가족과 사회에 큰 부담을 줍니다.

어린이의 경우, 실명은 비타민 A 결핍, 선천적 질환, 홍역, 풍진, 녹내장, 소아 백내장, 신생아 결막염, 그리고 미숙아 망막증(ROP) 등 여러 원인으로 발생할 수 있습니다.

미숙아 망막증은 선진국 및 급속히 발전하는 지역에서 중요한 문제이며, 저체중·저임신 주산아의 생존율 증가로 인해 ROP에 의한 시력 손실이 증가하고 있습니다.

이 안질환은 조산하거나 출생 시 체중이 3파운드(약 1.4kg) 미만인 아기에게 발생합니다. ROP는 망막에 비정상적인 혈관이 성장할 때 발생합니다. 이는 망막 혈관이 임신 4개월에 발달을 시작해 출산 시점까지 계속되기 때문입니다. 따라서 아기가 조산하면 이러한 혈관이 정상적으로 발달을 멈추고, 망막은 비정상적인 혈관을 형성하게 되며, 이 혈관이 잘못된 방향으로 성장하면 눈 뒤쪽에서 망막을 끌어올릴 수 있습니다.

ROP는 눈에 보이는 징후가 없지만, 진행된 경우 망막이 정상 위치에서 떨어져 망막 박리가 발생해 시력 손실 및 실명을 초래할 수 있습니다. ROP로 인해 손상이 발생한 아기는 이후 눈이 떠돌고, 물체를 추적하지 못하며, 동공이 백색으로 보이고, 얼굴 인식에 어려움을 겪을 수 있습니다.

일부 아기는 경미한 ROP로 치료 없이 회복되지만, 다른 아기들은 시력을 보호하고 실명을 예방하기 위해 주사, 안과 수술, 레이저 치료 등이 필요합니다.

현재, 항-VEGF와 망막 광응고술이 소아 실명을 일으키는 증식성 망막 혈관 질환 치료에 사용되고 있지만, 여러 합병증이 발생하는 것으로 알려져 있습니다.

레이저 치료는 주변 시야 영구 손실과 근시 발생 위험이 높다는 단점이 있습니다. 반면, 조산아에 대한 항혈관내피성장인자(anti-VEGF) 치료는 재발률이 높고 전신 부작용 가능성이 있습니다.

이러한 배경에서 최신 연구는 BMC에 발표된 연구로, ROP를 예방하거나 치료하기 위한 새롭고 더 나은 치료 전략을 찾았습니다. 이를 위해 텐진 대학 연구진은 산소 유도성 망막증(OIR) 쥐의 망막에서 혈관신생, 신생혈관 형성, 신경교세포 기능 장애에 대한 수소(H2)의 효과를 조사하여 치료 가능성을 탐색했습니다.

연구자들은 수소에 집중했는데, 이 원소는 독성 없이 저산소성 허혈성 질환(산소 부족으로 인한 뇌 손상)의 치료에 유용한 항산화 및 신경보호 방법으로 널리 인식되고 있기 때문입니다.

분자 수소(H2)는 조직으로 빠르게 확산하고, 고독성 ROS를 선택적으로 제거하며, 혈액-망막 장벽을 통과하는 독특한 특성으로 새로운 치료용 의료 가스로 인정받고 있습니다. 또한 항아포토시스, 세포보호, 항염증 특성을 가지고 있습니다.

따라서 연구팀은 7일령 쥐를 5일 동안 75% 산소에 노출시킨 뒤 정상 공기 환경으로 복귀시켰습니다. 다양한 농도의 수소 가스(H2) 흡입을 시행한 결과, 3-4% H2는 쥐의 망막 생리적 혈관신생을 방해하지 않으면서 혈관 폐쇄와 신생혈관 형성을 개선하는 것으로 나타났습니다.

또한, H2는 혈관 재생을 돕고 망막에서 비정상적인 혈관 성장을 감소시켜 혈관 건강을 촉진하는 것으로 밝혀졌습니다. H2는 또한 신경세포(성상세포)를 보호하고 미세아교세포에 의한 염증을 예방하는 것으로 확인되었습니다.

관여하는 주요 경로는 Nrf2-노치 축 조절과 Hif-1α/VEGF이며, 이들은 건강한 혈관 형성과 유해한 신생혈관 감소에 역할을 합니다. 연구는 또한 H2 흡입이 건강한 동물의 정상 망막 발달에 부정적인 영향을 주지 않는다는 것을 보여주었습니다.

현재 주류 치료인 레이저 치료와 항-VEGF 주사는 부작용이 있고 질병 후기 단계만을 목표로 하는 반면, H2는 초기 단계 망막 손상을 예방하고 부작용 없이 건강한 혈관 성장을 촉진하는 것으로 밝혀졌습니다.

이러한 결과는 H2가 망막 질환의 근본 원인을 겨냥한 유망하고 비침습적인 치료 옵션임을 보여줍니다. 따라서 연구는 H2가 미숙아 망막증(ROP), 당뇨병성 망막증(PDR) 및 기타 망막 혈관 질환에 대해 더 안전하고 효과적인 대안이 될 수 있으며, 현재 치료와 병행하여 사용할 수도 있다고 제안합니다. 연구에 따르면:

“H2는 질병 진행을 단순히 지연시키는 것이 아니라 손상된 장기의 진정한 회복에 초점을 맞춘 치료 전략으로 확립될 수 있습니다.”

하지만 이 연구에는 몇 가지 제한점이 있습니다. 예를 들어, 팀은 혈장 및 망막에서 수소 농도를 실시간으로 모니터링하지 못했으며, 다른 중요한 신호 경로도 H2의 망막 신생혈관 억제 효과에 기여할 수 있습니다. 또한, OIR 모델은 실험적 신생혈관 연구에 자주 사용되지만 인간의 신생혈관 안구 상태를 완전히 대변하지 않을 수도 있습니다.

시력 회복에 참여하는 기업들

이제, 실명 및 심각한 시각 장애 치료를 위한 첨단 치료제와 기술을 활발히 개발하고 있는 주요 기업들을 살펴보겠습니다.

#1. Editas Medicine

선도적인 유전자 편집 기업은 CRISPR 기술을 활용해 다양한 유전 질환 치료제를 개발하고 있으며, 여기에는 레버 선천성 무시력증(LCA)과 같은 실명을 일으키는 질환도 포함됩니다.

2020년, Editas Medicine은 첫 환자에 대한 투여를 발표했습니다. 이는 CEP290 유전자 변이로 인한 유전성 실명 형태인 LCA10 치료를 위해 서맥막 주사로 전달되는 CRISPR Medicine AGN-151587 (EDIT-101) 임상시험의 첫 투여였습니다. 회사는 BRILLIANCE 시험에서 “임상적으로 의미 있는 결과”를 보고했지만, 환자 수가 적어 등록을 중단하고 파트너를 찾고 있습니다. 3월에 발표된 임상시험 결과는 LCA에 대한 실험적 치료가 안전하고 효과적임을 입증했습니다.

현재 회사의 재무 상황을 보면, 시가총액은 3억 2,990만 달러이며 주가는 4달러로 연초 대비 60.51% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -2.36, P/E(TTM)는 -1.70입니다.

2024년 2분기에 회사는 협업 및 기타 연구개발 수익이 0.5백만 달러로 감소하고, 연구개발 비용이 5,420만 달러로 증가했으며, 일반 및 관리 비용이 1,820만 달러로 증가했다고 보고했습니다. 또한 2024년 6월 30일 기준으로 Editas는 현금 및 현금성 자산, 유가증권으로 3억 1,830만 달러를 보유하고 있습니다.

“저는 Editas 팀의 작업과 2024년 상반기 우리의 진전에 자부심을 느낍니다. 우리는 상업 단계 기업에 가까워지고 있으며, 심각하고 이전에 치료가 불가능했던 질환을 앓는 사람들을 위한 임상 차별화된 혁신적인 약물 개발을 지속하고 있습니다.”

– Editas Medicine (EDIT ) CEO Gilmore O’Neill

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#2. Spark Therapeutics

이전에는 독립적인 미국 상장 기업이었던 Spark는 2019년 스위스 다국적 헬스케어 기업 Roche에 의해 인수되었습니다. 인수 금액은 $4.8 bln deal. Roche의 시가총액은 2억 6,148만 달러이며, 현재 주가는 40.39달러로 연초 대비 11.48% 상승했습니다. P/E(TTM)는 19.01, EPS(TTM)는 2.12이며, 배당 수익률은 3.34%입니다.

Roche Group CEO Thomas Schienecke는 2024년 2분기 실적 발표에서 “상반기 매우 강력한 성장”을 보고했습니다. 이는 매출이 8% 증가한 덕분입니다. 회사의 처방약인 Sauvimo는 미국에서 습성 AMD 환자 치료에 승인되었습니다.

한편 Spark는 유전성 망막 질환 LCA에 대한 최초의 FDA 승인 유전자 치료제 Luxturna를 개발했습니다. 지난해 말, 회사는 SpliceBio와 미공개 유전성 망막 질환을 위해 협력했으며, 이 계약에 따라 단백질 스플라이싱을 이용해 유전자 치료제를 개발하는 SpliceBio는 2억 1,600만 달러와 로열티를 지급받았습니다.

결론적으로, 의료 분야에서는 다양한 연령층의 사람들이 시력을 회복하고 자립적이며 건강한 삶을 영위하도록 돕는 많은 돌파구와 기술적 진보가 이루어지고 있으며, 이는 전반적으로 밝은 미래를 예고합니다.

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