인공망막용 망막자극전극의 in vitro 생체적합성 및 전기생리학적 기능평가

Abstract

인공망막 (retinal prosthesis)은 나이관련황반변성 또는 망막색소변성 등의 질환으로 인한 광수용체의 손상으로 시력을 상실한 환자들에서 남아있는 신경 세포들을 전기적으로 직접 자극함으로써 광수용체의 기능을 대체하여 시력을 회복시키는 것을 목표로 한다. 인공망막에서 안구 내 삽입된 미세생체전극으로 전기적 신호가 전달되고 전극의 금속표면을 통해 맞닿아 있는 망막세포층으로 전기적 자극이 가해지면, 남아있는 망막의 네트워크를 통해 시피질로 전달되게 된다. 망막은 기계적 자극이나, 독성반응에 매우 취약한 부위로 궁극적으로 인공망막이 생체 내에서 구현되기 위해서는 안구 내 삽입된 망막자극용 미세전극어레이의 생체적합성이 필수조건이다. 미세전극어레이의 생체적합성을 분석하기 위해 폴리이미드, 실리콘, 액정폴리머 기반의 미세전극어레이에서 얻은 추출물을 각각 세포배양에 첨가하였다. 모든 실험과정은 ISO 10993-5에 준하여 이루어졌다. 각각의 미세전극어레이에서 얻은 추출물의 원액 및 다양한 농도의 희석액을 세포배양에 첨가한 뒤 24시간 및 48시간 뒤 위상차현미경으로 관찰하고 24시간 뒤에 MTT assay를 시행하였다. 현미경로 관찰하였을 시, 추출물의 농도에 관계없이 세포들의 형태학적인 변화가 관찰되지 않았다. MTT assay는 추출물의 농도에 관계없이, 약 80-130%의 세포가 생존하였음을 보여주었다. 이로써 폴리이미드, 실리콘, 액정폴리머 기반의 미세전극어레이 모두 우수한 생체적합성을 보임을 확인하였다. 망막자극용 전극의 기능을 평가하기 위해, 폴리이미드 기반의 미세전극어레이를 토끼에 삽입한 뒤 망막을 전기적으로 자극하였을 시 발생하는 전기유발시피질전위(EECP)를 측정하였다. 16 군데의 시피질에서 동시에 EECP를 측정하였으며, 자극전류의 세기, 자극전극의 위치, 동시에 자극되는 전극의 수 등을 변화시켜 다양한 자극 파라미터 하에서 시행하였다. 16군데의 시피질에서 측정한 EECP의 진폭을 이차원의 맵으로 전환하여 분석하였다. 자극전류의 세기가 증가함에 따라 EECP의 진폭이 증가하였다. 서로 다른 위치의 전극을 자극함으로써 서로 다른 형태의 이차원 맵을 형성하였는데, 자극되는 위치에 따라 동심원의 시피질 활성 또는 시상봉합을 따라 길게 퍼진 형태의 시피질 활성화를 보였다. 동시에 인접한 4개의 전극을 자극하면 그 중 한 개의 전극을 자극할 때보다 넓은 범위의 시피질이 동시에 활성화되었다. 이는 시피질전위의 이차원 맵을 통해 전기적 자극의 파라미터의 변화에 따른 시피질 활성화의 변화를 분석할 수 있음을 보여주었다.