블로그

Aug 09, 2023

#SpaceWatchGL 여름 독서: 마이크로의 경이로움

망막 질환으로 인한 실명은 전 세계적으로 2억 명이 넘는 사람들에게 영향을 미치고 있으며, 그 수는 2040년까지 2억 9천만 명에 이를 것으로 예상됩니다. 가장 흔한 두 가지 망막 퇴행성 질환은 다음과 같습니다.

망막 질환으로 인한 실명은 전 세계적으로 2억 명이 넘는 사람들에게 영향을 미치며, 그 수는 2040년까지 2억 9천만 명에 이를 것으로 예상됩니다. 가장 흔한 두 가지 망막 퇴행성 질환은 색소성 망막염과 연령 관련 황반 변성(AMD)입니다. 색소성 망막염은 전 세계적으로 150만 명에게 영향을 미칩니다. 사람이 완전히 실명할 때까지 주변 시력이 어두워지는 현상으로 시작됩니다. AMD는 미국에서만 실명 단계에 있는 1천만 명을 포함하여 55세 이상 3천만 명에게 영향을 미칩니다. AMD는 환자가 완전히 실명할 때까지 중심 시력이 어두워지는 것으로 시작됩니다. 손상된 시신경을 위해 원래 개발된 솔루션은 주로 전자 기반 보철물(눈의 생체 공학적 대체)이었지만 비용이 150,000달러이고 침습적 뇌 수술이 필요한 것 외에도 시신경을 통해 전송된 신호에서 총 밝은 픽셀과 어두운 픽셀 세트를 반환했습니다. , 자연적인 기능적 시력만큼 좋은 것은 없습니다. 생명공학이 더 나은 해결책을 찾을 수 있을까요?

우리의 망막은 원뿔과 간상체라고 불리는 수백만 개의 광수용체로 구성된 눈 뒤쪽의 얇은 층입니다. 낮 동안 우리는 파란색, 녹색, 빨간색을 볼 수 있도록 만들어진 원뿔을 통해 색상을 인식합니다. 밤에는 망막이 간상체로 바뀌어 우리에게 전형적인 밤의 회색빛 시야를 제공합니다. 600만 개의 원뿔과 1억 2천만 개의 막대가 있습니다. 이러한 광수용기 세포는 광자에 의해 자극을 받으면 망막 뒤쪽에 위치한 다른 세포, 즉 양극성 세포, 그다음에는 메쉬형 축색돌기가 시신경을 형성하는 신경절 세포에 전기화학적 신호를 보냄으로써 반응합니다. 뇌에서 처리하기 위해 시신경으로 전달된 신호는 우리가 자연스러운 시력으로 인식하는 것을 제공합니다.

지난 10년 동안 미국과 일본에서 망막을 성장시키는 여러 가지 옵션이 연구되었습니다(RIKEN). 처음에 이 주요 생명공학 접근 방식은 자연적인 원뿔과 막대 패턴을 재구성하려는 시도로 이루어졌는데, 이는 너무 어려워서 효과가 있는 해결책으로 이어지지 못했습니다. 하지만 그 대신에 우리의 천연 원뿔을 인공적이지만 유사한 성능의 광수용체 패턴으로 대체하는 것은 어떻습니까? 우리가 있어야 할 곳으로 가기 위해 먼저 자연 망막의 단백질을 자세히 살펴보겠습니다.

우리 망막의 광수용체(원추체와 막대체)의 구성 요소는 "옵신"이라고 불리는 단백질 종류입니다. 옵신의 특성은 광자의 에너지를 흡수하는 분자를 의미하는 발색단으로 분류되는 색소 분자인 레티날이라는 물질에서 유래합니다. 원뿔과 막대 안에 위치한 옵신 단백질은 빛에 의해 활성화되는 시력을 생성합니다. "옵신"은 원뿔에서 "포토신"으로 나타나 파란색, 녹색, 빨간색의 주간 시력을 가능하게 합니다. 그러나 직관과는 반대로 간상체에 포함되어 있고 야간 시력에 적합한 단백질인 "로돕신"이 해결책을 제시했습니다.

로돕신과 유사한 특성을 지닌 천연 단백질 공급원을 찾을 수 있을까요?

합성 망막을 넘어서는 주요 아이디어는 원래의 원뿔과 막대 패턴을 재구성하는 대신 이 파괴된 모자이크를 동일한 광수용체 특성을 가진 단백질을 포함하는 새로운 합성 층으로 대체하려는 것입니다. 그러나 우리는 망막 포토신이나 로돕신을 생산하는 방법을 모릅니다. 그리고 우리는 시신경을 통해 뇌에 적절한 전기화학적 신호를 정확하게 전달하는 능력을 다시 설계해야 합니다. 이러한 광수용체(1억 2천만 개의 간상체와 600만 개의 원추체)가 로돕신 대 포토신에 유리한 95/5 간상체/원추체 비율로 망막에 모자이크 층을 형성한다는 것을 알고 있으므로 먼저 로돕신의 방향을 살펴보겠습니다.

문제는 다음과 같습니다. 로돕신과 유사한 특성을 지닌 천연 단백질 공급원을 찾을 수 있을까요? 만약 우리가 그 단백질을 합성하고 정제하여 빌딩 블록으로 사용할 수 있다면, 시신경을 통해 적절한 형태의 전기화학적 신호를 뇌에 전달하는 광수용체 담요를 생산할 수 있을 것입니다. 그 담요는 파괴된 원뿔과 막대의 모자이크를 대체하는 역할을 하여 어느 정도 기능적 시각을 갖게 될 것입니다.