요약: 2025년 12월 12일, 연세대 세브란스병원 안과 김태임 교수팀과 POSTECH 한세광 교수, 부산대 김기수 교수 연구진이 각막 상피를 보존하면서 원추각막과 근시 교정에 적용 가능한 기술 플랫폼을 발표했다. 연구는 국제학술지 Advanced Functional Materials(IF 19.0)에 게재됐으며, 근적외선을 자외선·청색광으로 바꾸는 상향변환 나노입자를 내장한 콘택트렌즈와 히알루론산-리보플라빈(HA-RF) 전달체를 핵심으로 한다. 동물실험에서 치료 후 4주간 주요 부작용이 관찰되지 않았고, 약물 전달 효율은 기존 대비 약 3.7배 높게 보고됐다.
핵심 사실
- 연구 발표: 2025년 12월 12일, Advanced Functional Materials(IF 19.0)에 게재됐다.
- 주요 기관: 연세대 세브란스병원(임상), POSTECH 신소재공학과(재료 설계), 부산대 유기소재시스템공학과(전달체 개발).
- 플랫폼 구성: 상향변환 나노입자를 포함한 의료용 실리콘 콘택트렌즈와 히알루론산-리보플라빈(HA-RF) 접합체.
- 광학 특성: 렌즈의 가시광선 투과율은 88.7%로 보고돼 일상 시야 확보에 무리가 없다.
- 전달 효율: HA-RF 접합체는 기존 리보플라빈 용액 대비 각막 상피 투과 약물 전달 효율이 약 3.7배 향상됐다.
- 안전성(동물실험): 치료 후 4주 관찰에서 염증·각막 혼탁·내피세포 손상 같은 주요 부작용이 확인되지 않았다.
- 임상 의미: 각막 상피를 제거하는 종전의 드레스덴 프로토콜과 달리 상피를 보존하는 상피투과성 각막 교차결합술(Epi-on) 기반 접근이다.
사건 배경
원추각막증은 각막이 점차 얇아지고 돌출하면서 시력이 저하되는 비염증성 진행성 질환으로, 보통 10대에 발병해 진행하는 경향이 있다. 증상으로는 시야 왜곡과 시력 저하가 대표적이며, 진행을 늦추기 위한 치료로 널리 알려진 방법은 드레스덴 프로토콜이라 불리는 각막 교차결합술이다. 드레스덴 프로토콜은 각막 상피를 제거한 뒤 리보플라빈 점안과 자외선 조사로 각막을 단단하게 하는데, 효과는 증명됐지만 상피 제거로 인한 극심한 통증과 감염 위험, 회복 기간 문제가 있다.
이 같은 부작용으로 상피를 보존하면서도 충분한 리보플라빈 전달과 광조사 효율을 확보하려는 연구가 지속돼 왔다. 상피를 그대로 둔 상태(Epi-on)에서 리보플라빈을 각막 내로 효과적으로 전달하려면 약물 전달체와 필요한 파장의 빛을 안전하게 공급하는 기술이 병행되어야 한다. 특히 자외선을 직접 조사하는 대신 인체에 안전한 근적외선을 활용해 치료에 필요한 파장으로 변환하는 광변환 기술이 대안으로 떠올랐다.
주요 사건
연구팀은 두 축의 기술을 결합해 플랫폼을 제시했다. 첫째는 상향변환(upconversion) 나노입자를 의료용 실리콘 콘택트렌즈에 균일하게 분산시켜, 외부에서 들어온 근적외선을 렌즈 안에서 자외선·청색광으로 변환하도록 한 점이다. 렌즈는 외관상 일반 콘택트렌즈와 유사하나 근적외선을 받으면 필요한 파장의 빛만 선택적으로 생성·방출해 각막 내 광활성화 물질을 활성화시킨다.
둘째는 히알루론산과 리보플라빈을 화학적으로 결합한 HA-RF 접합체다. 히알루론산은 눈물과 유사한 점성과 표면 친화성을 가져 안구 표면에 더 오래 머물며 상피와 상호작용해 리보플라빈의 상피 통과를 돕는 역할을 한다. 연구에서 HA-RF는 기존 리보플라빈 용액보다 각막 상피 통과 효율을 약 3.7배 높인 것으로 측정됐다.
동물실험 결과, 상피를 보존한 상태에서 플랫폼을 적용했을 때 치료 후 4주간 염증, 각막 혼탁, 내피세포 손상 등 주요 부작용이 관찰되지 않았다. 연구진은 이 결과를 근거로 통증과 감염 위험을 낮추고 회복 시간을 줄이는 임상적 이점을 기대한다고 밝혔다.
분석 및 의미
첫째, 상피 보존형 접근은 환자 편의성과 안전성 측면에서 큰 이점을 제공한다. 드레스덴 프로토콜과 비교 시 상피 제거에 따른 통증·감염·장기 회복 부담을 줄일 수 있어 소아·청소년 환자나 감염 위험이 높은 환자군에서 특히 유리하다. 또한 콘택트렌즈 기반 광원은 비침습적이고 사용자가 비교적 간편하게 적용할 수 있다는 점에서 임상 확장 가능성이 높다.
둘째, 광학적 설계의 핵심인 상향변환 나노입자는 낮은 에너지의 근적외선을 사용해 필요한 자외선과 청색광을 생성함으로써 조직 손상을 최소화할 수 있다. 그러나 나노입자의 장기 생체내 거동, 분해 산물, 광변환 효율의 인체 적용성 등은 추가 검증이 필요하다. 연구진은 동물 수준에서 초기 안전성을 확인했지만, 사람 대상 임상시험을 통한 장기 안전성 데이터가 중요하다.
셋째, HA-RF의 약물 전달 효율 개선은 리보플라빈 기반 교차결합술의 효과를 유지하면서 상피 손상을 회피할 수 있게 한다. 이는 각막이 약해지는 다른 질환으로 기술을 확장할 가능성을 열어준다. 다만 실제 임상 효과(예: 각막 강성 증가의 양과 시력 개선 정도)와 표준화된 시술 프로토콜 마련이 선행되어야 한다.
비교 및 데이터
| 항목 | 드레스덴 프로토콜(기존) | 본 연구 플랫폼(Epi-on) |
|---|---|---|
| 상피 상태 | 상피 제거(데브리드) | 상피 보존 |
| 광원 | 직접 자외선 조사 | 근적외선 → 상향변환으로 자외선·청색광 생성 |
| 리보플라빈 전달 | 상피 제거 필요 | HA-RF로 상피 통과 효율 약 3.7배↑ |
| 가시광선 투과율 | 해당 없음 | 렌즈 88.7% (시야 확보 가능) |
| 동물시험 부작용 | 상피 제거와 관련된 통증·감염 위험 존재 | 4주 관찰에서 주요 부작용 미관찰 |
위 표는 기술적 차이를 정리한 것으로, 수치와 결과는 본 연구의 동물실험 및 광학 특성 측정 값을 근거로 한다. 표는 임상 성능을 대체하지 않으므로 임상시험 결과에 따라 효용성이 달라질 수 있다.
반응 및 인용
연구팀의 발표 직후 의료계와 학계에서는 상피 보존형 교차결합술의 임상 도입 가능성에 주목했다. 시술 부담 완화와 장기 안전성 확보 여부를 놓고 후속 연구 필요성도 제기됐다.
“이번 플랫폼은 환자의 통증과 감염 위험을 줄이면서 치료 시간을 단축할 수 있는 실질적 대안을 제시한다.”
김태임 교수(연세대 세브란스병원, 연구책임자)
연구책임자는 상피를 보전하는 접근의 장점을 강조하며 추가 임상 단계에서 범용성을 검증하겠다는 계획을 밝혔다. 연구의 임상 전환 과정에서 시술 표준화와 규제 요건 충족이 관건임을 덧붙였다.
“각막 상피를 보존하면서 리보플라빈의 효율적 전달을 달성한 점이 이번 연구의 핵심 성과다.”
한세광 교수(POSTECH, 재료 설계 담당)
재료 설계 측면의 책임 연구자는 상향변환 나노입자 설계와 렌즈 내 균일 분산 기술의 중요성을 설명했다. 다만 인체 적용에서의 광변환 효율 유지와 장기 안전성 검증이 필요하다고 밝혔다.
불확실한 부분
- 인체 임상에서 상향변환 렌즈의 장기 안전성과 나노입자의 체내 거동은 추가 검증이 필요하다.
- 동물실험에서 4주간 부작용이 관찰되지 않았으나 장기(수개월~수년) 추적 결과는 아직 없다.
- 실제 임상에서의 시력 개선 정도와 각막 강성 증가의 정량적 비교(드레스덴 프로토콜 대비)는 임상시험 결과를 통해 확정되어야 한다.
총평
이번 연구는 상피를 제거하지 않는 원추각막 치료 및 근시 교정 플랫폼을 제시하며 임상적 부담을 줄일 잠재력을 보여줬다. 상향변환 나노입자를 내장한 콘택트렌즈와 HA-리보플라빈 전달체의 결합은 비침습적이면서도 효율적인 치료 경로를 가능하게 한다. 그러나 인체 적용을 위한 장기 안전성, 표준화된 시술 프로토콜 수립, 규제 승인 절차가 남아 있어 상용화까지는 추가 단계가 필요하다.
향후 단계는 사람 대상 임상 1·2상에서 안전성 및 유효성을 입증하고, 광변환 렌즈의 제조·멸균·품질관리(유통기한·일관성) 문제를 해결하는 것이다. 성공적으로 임상 전환이 이뤄지면 원추각막 치료와 일부 각막 약화 질환의 비침습적 대안으로 자리매김할 가능성이 크다.
출처
- 후생신보 원문 보도 (언론 보도)
- Advanced Functional Materials 게재 논문 (국제 학술지)
- 연세대 세브란스병원 발표 (공식 발표)
- POSTECH 연구실 보도자료 (공식 발표)