인공수정체(IOL) 재료 비교

한눈에 보는 포인트

안내렌즈(IOL) 재질에는 소수성 아크릴, 친수성 아크릴, 실리콘, PMMA, 콜라머 등이 있습니다.
현재 가장 널리 사용되는 것은 소수성 아크릴 IOL이며, 후낭 혼탁(PCO) 발생률이 낮습니다.
각 재료는 굴절률, 함수율, 생체적합성, 합병증 프로파일이 다르므로 증례에 따른 선택이 필요합니다.
소수성 아크릴 IOL의 주요 단점은 글리스테닝(미세 공포)이지만, 시기능에 미치는 영향은 드뭅니다.
친수성 아크릴 IOL은 유연성이 뛰어나 초소형 절개에 적합하지만, PCO 발생률이 높고 석회화 위험이 있습니다.
각진 모서리 디자인은 재료에 관계없이 수정체 상피 세포 증식을 억제하여 PCO 감소에 기여합니다.
IOL 선택 시 향후 유리체 수술 가능성이나 포도막염 유무 등도 고려해야 합니다.

1. 안내렌즈(IOL) 재료의 비교

안내렌즈(IOL)는 백내장 수술에서 혼탁한 수정체를 제거한 후 삽입하는 인공 수정체입니다. 1949년 Harold Ridley가 처음으로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) IOL을 인간에 이식했습니다. 그 이후로 IOL 재료와 디자인은 크게 발전했습니다.

현재 사용 가능한 주요 IOL 재료는 다음과 같습니다.

소수성 아크릴: 1993년 도입. 현재 가장 널리 사용되는 재료입니다.
친수성 아크릴: 높은 함수율과 뛰어난 유연성. 초소형 절개 백내장 수술에 적합합니다.
실리콘: 접이식 IOL로서 오랜 역사를 가지고 있습니다.
PMMA: 최초의 IOL 재료. 단단하고 접을 수 없습니다.
Collamer: 콜라겐 함유 공중합체. 주로 유수정체안내렌즈(ICL)에 사용됩니다.
PEG-PEA/HEMA/스티렌 공중합체: 친수성과 소수성 특성을 모두 갖춘 신소재입니다.

접이식 IOL(실리콘, 아크릴)은 작은 절개창을 통해 삽입할 수 있어 경성 PMMA IOL을 크게 대체했습니다¹⁾. 수술자는 각 재료의 장점과 단점을 이해한 후 선택해야 합니다¹⁾.

2. IOL 재료의 특성과 분류

물리적·광학적 특성

IOL 재료는 아베수, 굴절률, 함수율(흡습성), 유리전이온도 등의 특성으로 분류됩니다.

특성	정의	임상적 의의
굴절률	빛이 휘는 정도의 척도	높을수록 렌즈를 얇게 만들 수 있음
아베수	색분산의 척도	높을수록 색수차가 적음
함수율	수분 보유 능력	높을수록 글리스테닝 감소

천연 수정체의 굴절률은 1.4, 아베수는 47입니다. 굴절률이 높을수록 동일한 도수에서 IOL을 더 얇게 설계할 수 있어 작은 절개를 통한 삽입에 유리합니다. 그러나 굴절률이 증가하면 아베수가 감소하여 색수차가 증가합니다.

생체적합성

생체적합성은 크게 낭내 생체적합성과 포도막 생체적합성으로 나뉩니다.

낭내 생체적합성: IOL과 잔존 수정체 상피세포(LEC) 간의 상호작용을 말합니다. 전낭 혼탁(ACO) 및 후낭 혼탁(PCO) 발생에 관여합니다.
포도막 생체적합성: 홍채, 섬모체, 전방 맥락막의 면역 반응을 얼마나 회피할 수 있는지를 말합니다.

소수성과 접촉각

IOL 표면의 친수성·소수성은 접촉각으로 측정됩니다. 접촉각이 클수록 소수성이 높습니다. 소수성 재질은 후낭에 대한 접착성이 높아 LEC 이동 공간을 줄여 PCO를 억제하는 경향이 있습니다.

3. 각 IOL 재질의 특징

소수성 아크릴

현재 전 세계에서 가장 널리 사용되는 IOL 재질입니다. 아크릴산 에스테르와 다른 공단량체의 가교 공중합체로 구성됩니다.

굴절률: 1.47~1.56으로 높습니다. 얇은 설계가 가능합니다.
함수율: 0.1~0.5%로 낮습니다.
유리전이온도: 16~55°C.
PCO: 각형 모서리와의 조합으로 발생률이 낮습니다¹⁾. 피브로넥틴 결합을 통해 후낭에 접착하여 LEC 이동을 억제합니다.
글리스테닝: IOL 내부에 나타나는 액체로 채워진 미세 공포입니다. 낮은 함수율 재질에서 발생하기 쉽지만, 시기능에 미치는 영향이나 적출이 필요한 경우는 드뭅니다¹⁾.

AAO의 Cataract PPP(2021)에서는 각형 모서리 소수성 아크릴 IOL이 PCO 및 Nd:YAG 후낭 절개율이 가장 낮은 재료 중 하나로 간주됩니다¹⁾.

친수성 아크릴

PMMA 골격에 하이드록실기를 도입한 재료이며, HEMA(하이드록시에틸 메타크릴레이트) 첨가로 유연성을 부여합니다.

굴절률: 1.40~1.43으로 낮습니다. 렌즈가 두꺼워집니다.
함수율: 18~38%로 높습니다.
눈부심: 발생률이 낮습니다.
PCO: 실리콘이나 소수성 아크릴보다 발생률이 높습니다¹⁾. 팽윤으로 인해 날카로운 후방 가장자리를 유지하기 어려운 것이 한 원인으로 생각됩니다.
석회화: 구세대에서 문제가 되었던 칼슘-인산 침착은 신세대에서 개선되었습니다. 그러나 각막 이식(DSEK, DMEK)이나 유리체 수술 시 안내에 공기나 가스가 들어가면 석회화 위험이 발생하므로, 이러한 수술이 예상되는 눈에서는 회피하는 것이 바람직합니다¹⁾.

매우 유연하여 약 1.8mm 절개로 삽입 가능하며, 초소절개 백내장 수술(MICS)에 유리합니다.

가성박리증후군 86안을 대상으로 한 전향적 연구에서 친수성 아크릴 IOL은 LEC 증식이 가장 낮고 낭내 생체적합성이 우수했지만, 표면에 데브리 침착이 많고 PCO 발생률이 가장 높았으며, 포도막 생체적합성은 열등했습니다.

실리콘

실리콘-산소 골격의 반복 구조로 이루어진 합성 폴리머입니다.

굴절률: 1.43. 아크릴보다 낮으며, 동일 도수에서는 두꺼워집니다.
함수율: 0.38%.
접촉각: 97~120°. 강한 소수성.
유리전이온도: -120~-90℃.
PCO: LEC가 부착되기 어렵고, 가장 날카로운 각형 모서리를 가지므로 장기 사용(6년 이상) 시 소수성 아크릴보다 PCO율이 낮다는 보고가 있습니다.
단점: 세균, 세포, 실리콘 오일이 부착되기 쉽습니다. 유리체 수술 중 결로로 인해 흐려질 가능성이 있으므로 당뇨병 환자 눈에서는 주의하여 사용합니다¹⁾. 실리콘 오일 사용 눈에서는 피해야 합니다¹⁾.

Q 실리콘 IOL을 피해야 하는 상황은?

실리콘 오일이나 팽창성 가스가 후안부로 들어갈 가능성이 있는 증례에서는 사용을 피합니다¹⁾. 중증 증식성 당뇨망막병증처럼 향후 유리체 수술 위험이 높은 눈에서도 마찬가지입니다.

PMMA

IOL에 처음 사용된 재료로, 우수한 조직 내성과 장기 안정성을 가지고 있습니다.

굴절률: 1.49. 높은 광학적 투명도.
함수율: 0.4~0.8%.
접촉각: 65~71°.
유리전이온도: 105~113℃.
단점: 경질로 접을 수 없습니다. 삽입에 5.5~6mm 절개가 필요하며, 수술 후 난시와 치유 지연의 원인이 됩니다.
합병증: 장기 사용 시 스노우플레이크 변성(IOL 제거 적응증)이 발생합니다. 소수성으로 인해 이식 중 각막 내피 세포에 부착되어 내피 장애를 일으킬 수 있습니다.

현재는 낭내 고정이 불가능한 경우 공막 봉합 IOL 등 제한적으로 사용됩니다.

콜라머 (Collamer)

HEMA(히드록시에틸 메타크릴레이트)와 돼지 유래 콜라겐의 공중합체로, 주로 후방 유수정체용 안내렌즈(ICL)로 사용됩니다.

굴절률: 1.44.
함수율: 40%.
특징: EVO 유수정체 후방렌즈 패밀리로 구면 및 난시 교정용이 사용 가능합니다. 2022년 미국 FDA 승인. 중심공(센트럴 포트) 디자인으로 기존에 필요했던 주변 홍채절개술(PI)이 필요 없게 되었습니다.
적응증: 21~~45세, 구면등가 -3.0~~-20.0D의 근시, 전방 깊이 3.0mm 이상, 1년 이내 굴절 변화 0.5D 이하의 안정된 증례.
볼트(vault): 유수정체 후방렌즈 뒷면과 수정체 앞면 사이의 거리. 최적 범위는 각막 중심 두께의 50~~150%(250~~900μm)로 간주됩니다. 너무 낮으면 전낭하 백내장, 너무 높으면 폐쇄각 녹내장의 위험이 있습니다.

PEG-PEA/HEMA/스티렌 공중합체

친수성과 소수성 특성을 모두 갖춘 차세대 IOL 소재입니다. enVista MX60 IOL에 채택되었습니다.

조성: PEG-PEA 40%, HEMA 30%, 스티렌 26%, EG-DMA 4%.
굴절률: 1.54.
함수율: 4~5%.
경도: 1.8 MPa.
특징: PEG-PEA는 소수성을, HEMA는 흡습성을 부여합니다. 글리스테닝 발생이 없으며, PCO 발생률 및 Nd:YAG 후낭절개율이 낮은 것으로 보고되었습니다.

소수성 아크릴

가장 널리 사용됨: 현재 표준 IOL 재질.

PCO 발생률: 각형 모서리에서 낮음.

글리스테닝: 주요 단점이나 시기능에 미치는 영향은 드뭅니다.

친수성 아크릴

유연성 우수: 약 1.8mm 절개로 삽입 가능.

PCO 발생률: 다른 재질보다 높음.

석회화 위험: 공기 또는 가스 주입 후 주의.

실리콘

장기 PCO율: 소수성 아크릴보다 낮다는 보고가 있습니다.

주의: 실리콘 오일이나 가스를 사용한 눈에서는 피할 것.

결로: 유리체 수술 중에 흐려질 가능성.

4. 안내렌즈 재질과 후발백내장

후낭혼탁(PCO)은 백내장 수술 후 가장 흔한 장기 합병증으로, 발생률은 5~54%로 보고됩니다¹⁾. Nd:YAG 레이저 후낭절개술로 치료하지만, IOL 재질과 모서리 디자인이 발생률에 큰 영향을 미칩니다.

재질별 PCO 특성

소수성 아크릴: 각형 모서리와 결합 시 PCO율이 가장 낮습니다¹⁾.
친수성 아크릴: 실리콘이나 소수성 아크릴보다 PCO율이 높습니다¹⁾.
실리콘: LEC 부착이 적고 장기적으로 PCO율이 낮습니다.
PMMA: 하이드로겔 IOL과 함께 PCO율이 높은 경향이 있습니다.

모서리 디자인의 중요성

2013년 메타분석(9건의 RCT) 및 여러 종단 연구에서 각형 모서리 소수성 IOL이 각형 모서리 친수성 IOL보다 PCO 및 Nd:YAG 후낭절개율이 낮은 것으로 나타났습니다¹⁾. 각형 모서리의 아크릴, PMMA, 실리콘 IOL은 Nd:YAG 후낭절개 필요성에서 동등한 것으로 보고되었습니다(근거 수준 I+, 권장 강도 Strong)¹⁾.

그러나 한 무작위 시험에서는 각형 모서리 소수성 렌즈의 보호 효과가 12년 후 둥근 모서리 실리콘 및 PMMA IOL에 비해 PCO 발생을 ‘지연’시키는 데 그칠 가능성이 시사되었습니다¹⁾.

Q 어떤 IOL 재질이 PCO를 가장 덜 유발합니까?

각형 모서리의 소수성 아크릴 IOL이 현재 가장 PCO율이 낮습니다¹⁾. 모서리 디자인은 재질만큼 중요하며, 각형 모서리는 재질에 관계없이 PCO 억제에 기여합니다.

5. IOL 재질 선택 및 주의사항

IOL 선택은 각 재질의 특성을 고려하여 환자의 개별 상황에 따라 이루어져야 합니다.

재질 선택의 일반 원칙

표준 백내장 수술: 소수성 아크릴 IOL이 일차 선택입니다¹⁾.
초소개 백내장 수술(MICS): 친수성 아크릴 IOL이 적합할 수 있습니다.
향후 유리체 수술 위험: 실리콘 IOL은 피해야 합니다¹⁾. 소수성 아크릴을 선택하십시오.
각막 이식 예정안: 친수성 아크릴 IOL은 석회화 위험이 있어 회피하는 것이 바람직합니다¹⁾.
포도막염안: 아크릴 IOL 또는 헤파린 표면 개질(HSM) PMMA IOL이 좋은 시력 예후와 관련됩니다¹⁾. 비HSM PMMA나 실리콘 IOL보다 우수한 성적이 보고되었습니다.

임상 상황	권장 재질	피해야 할 재질
표준 수술	소수성 아크릴	—
유리체 수술 위험	소수성 아크릴	실리콘
각막 이식 예정	소수성 아크릴	친수성 아크릴
포도막염	아크릴, HSM PMMA	비HSM PMMA, 실리콘

Q 포도막염 환자에게 적합한 IOL 재료는 무엇인가요?

아크릴 IOL(특히 소수성 아크릴) 또는 헤파린 표면 개질 PMMA IOL이 좋은 결과와 관련됩니다¹⁾. 수술 전 포도막염 조절과 Fuchs 이색성 홍채모양체염 진단도 예후가 좋은 요인입니다.

6. IOL 재료의 물리적 특성과 광학 설계

굴절률과 색수차

IOL의 굴절률은 재료의 화학적 조성에 따라 달라집니다. 할로겐, 방향족기, 황을 첨가하면 굴절률이 증가합니다. 굴절률과 IOL 두께는 역상관 관계이며, 고굴절률 재료일수록 더 얇은 설계가 가능합니다.

인공수정체안의 색수차는 IOL 재료의 아베수에 의해 결정됩니다. IOL 재료 간 아베수는 37~55 범위입니다. 색수차는 대비감도와 정시화에도 영향을 미칩니다.

유리전이온도

유리전이온도는 고분자가 단단한 유리 상태에서 유연한 고무 상태로 변화하는 온도입니다. IOL은 생리적 체온(37°C) 및 실온 이하의 유리전이온도를 갖도록 설계됩니다. 체온을 초과하면 안내에서 렌즈가 정상적으로 펼쳐지지 않습니다.

비구면 IOL

구면 IOL은 양의 구면수차를 가지며, 각막의 양의 구면수차와 합산되어 전체 안구 수차가 증가합니다. 젊은 사람의 수정체는 음의 구면수차를 가져 이를 상쇄하지만, 노화와 함께 수정체의 구면수차는 양으로 기울어집니다.

비구면 인공수정체는 각 굴절면의 곡률을 변화시켜 주변 광선과 근축 광선이 동일한 점에 모이도록 설계된 렌즈입니다. 현재 대부분의 인공수정체는 비구면 구조를 채택하고 있습니다. 비구면 인공수정체는 구면수차를 줄여 대비감도를 향상시키지만, 편심이나 기울어짐에 의해 코마수차가 증가할 수 있으므로 인공수정체 고정이 불안정한 경우에는 구면 인공수정체가 적합할 수 있습니다.

착색 인공수정체

기존의 비착색 자외선 차단 인공수정체는 단파장광을 많이 투과합니다. 착색 인공수정체는 사람 수정체에 가까운 분광 투과율을 가지며, 망막 광손상 억제 효과가 기대됩니다. 이전에는 PMMA 재질만 있었지만, 현재는 접이식 제품도 개발되고 있습니다.

7. 최신 연구와 향후 전망 (연구 단계 보고)

친수성-소수성 하이브리드 소재 개발

PEG-PEA/HEMA/스티렌 공중합체(enVista MX60)로 대표되듯이, 친수성과 소수성 특성을 최적으로 균형 잡은 신소재 개발이 진행되고 있습니다. 기존 소수성 아크릴의 글리스테닝, 친수성 아크릴의 후발백내장 및 석회화 같은 소재 고유의 단점을 극복하는 것이 목표입니다.

인공수정체 표면 개질 기술

헤파린 표면 개질 PMMA 인공수정체는 포도막염 환자에서 좋은 결과를 보였으며¹⁾, 표면 개질을 통한 생체적합성 향상은 향후 인공수정체 개발에서 중요한 방향으로 간주됩니다. 인공수정체 표면의 코팅이나 나노텍스처링을 통한 수정체상피세포 부착 억제 및 생물막 형성 억제 연구가 진행되고 있습니다.

인공수정체 석회화 극복

친수성 아크릴 인공수정체의 석회화는 특히 각막내피이식술이나 유리체절제술 후에 문제가 됩니다. 차세대 친수성 아크릴 인공수정체는 석회화 위험이 감소되었다고 하지만, 완전한 해결에는 이르지 못했습니다. 소재 조성 개선이나 표면 처리를 통한 석회화 내성 향상이 연구되고 있습니다.

8. 참고문헌

American Academy of Ophthalmology. Cataract in the Adult Eye Preferred Practice Pattern. Ophthalmology. 2022;129:P1-P126.