망막색소변성(retinitis pigmentosa: RP)과 연령관련 황반변성(age-related macular Degeneration: AMD)은 망막변성으로 인해 실명에 이르는 대표적인 질환이며 망막이식장치의 개발을 통해 치료될 수 있다고 간주되고 있다. 성공적인 망막이식장치 개발을 위하여 여러 가지 선결요소가 필요하지만 그 중 한 가지가 이식장치에 인가할 전기자극을 최적화하는 것이다. 변성망막의 전기적 특성은 정상 망막과 다르리라 예측되므로 우리는 장차 개발될 망막 이식장치에 인가할 전기자극 최적화를 위한 가이드라인을 제공하기 위해 정상 망막과 변성망막의 망막파형 차이에 관한 연구를 하였다. 망막을 분리한 후 망막절편을 신경절세포 층이 다채널전극의 표면을 향하게 하여 전극에 붙인다. In-vitro 상태에서 망막 신경절세포의 전기신호를 기록하기 위해 전극 직경: $30{mu}m$, 전극간 거리: $200{mu}m$, 전극 임피던스 1 kHz에서 50 $k{Omega}$인 8행 8열의 다채널전극을 사용하였다. 생후 28일된 정상마우스(C57BL/6J 종)에서는 짧은 시간대(<2 ms)의 망막 스파이크만 기록되었다. rd/rd 마우스(C3H/HeJ 종)에서는 정상적인 스파이크뿐만 아니라 약 100 ms 의 시간대를 가지는 느린 파형이 같이 기록되었다. 우리는 rd/rd 마우스에서만 관찰되는 이 느린 파형의 기전을 알아보고자 여러 가지 시냅스억제제를 사용하였다. 이 느린 파형은 rd/rd 마우스에서 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 정상마우스보다 강화되었기 때문에 발생한 것으로 보인다. rd/rd 마우스에서 흥분성입력이 강화되는 여러 가능성 중에서 망막변성으로 인해 수평세포로부터 양극세포로 들어오는 억제성 입력이 소실됨으로 인해 결과적으로 양극세포로부터 신경절세포로 들어오는 흥분성입력이 강화되었을 가능성이 가장 높은 것으로 보인다.
Retinal prosthesis is regarded as the most feasible method for the blind caused by retinal diseases such as retinitis pigmentosa or age-related macular degeneration. One of the prerequisites for the success of retinal prosthesis is the optimization of the electrical stimuli applied through the prosthesis. Since electrical characteristics of degenerate retina are expected to differ from those of normal retina, we investigated differences of the retinal waveforms in normal and degenerate retina to provide a guideline for the optimization of electrical stimulation for the upcoming prosthesis. After isolation of retina, retinal patch was attached with the ganglion cell side facing the surface of microelectrode arrays (MEA). $8{ imes}8$ grid layout MEA (electrode diameter: $30{mu}m$, electrode spacing: $200{mu}m$, and impedance: 50 $k{Omega}$ at 1 kHz) was used to record in-vitro retinal ganglion cell activity. In normal mice (C57BL/6J strain) of postnatal day 28, only short duration (<2 ms) retinal spikes were recorded. In rd/rd mice (C3H/HeJ strain), besides normal spikes, waveform with longer duration (~100 ms), the slow wave component was recorded. We attempted to understand the mechanism of this slow wave component in degenerate retina using various synaptic blockers. We suggest that stronger glutamatergic input from bipolar cell to the ganglion cell in rd/rd mouse than normal mouse contributes the most to this slow wave component. Out of many degenerative changes, we favor elimination of the inhibitory horizontal input to bipolar cells as a main contributor for a relatively stronger input from bipolar cell to ganglion cell in rd/rd mouse.
