[송혜민의 월드why] 인공장기, 어디까지 왔니?…뇌도 바꿀 수 있을까
최근 미국 오하이오대학 연구진이 태아의 뇌와 거의 동일한 두뇌를 실험실에서 배양해내는데 성공했다고 밝혀 학계의 관심이 쏠렸다. 연구진은 실험실에서 성인의 피부세포를 유도만능줄기세포(induced Pluripotent Stem cell, 특정한 유전자를 인위적으로 발현시켜 인공적으로 만들어진 만능줄기세포)로 변형한 뒤, 이를 실제 뇌가 가진 신호회로와 각기 다른 세포를 갖출 수 있도록 배양했다. 실제 뇌의 신경회로 및 면역세포를 갖추고 있기 때문에 알츠하이머나 자폐증 등 뇌 질환과 관련한 연구 및 약물 실험에서 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대를 모았다.
이 인공 뇌가 사람에게 실제로 이식될 가능성은 희박하지만, 이미 전 세계 의학계에서는 늙고 병든 장기를 대체할 수 있는 다양한 인공장기들이 속속 모습을 드러내고 있다.
▲인공장기 개발‧생산 방식의 차이…3D프린터 vs 세포배양
인공장기의 개발 방식은 수많은 분야에서 활용되며 각광받기 시작한 3D프린터 방식과 실험실에서 줄기세포를 이용하는 세포 배양 방식 등으로 크게 분류된다.
-'3D프린터'는 본래 기업에서 시제품을 만들기 위한 용도로 개발됐지만 기술이 급속도로 발전하면서 의료계에서도 활용도가 점차 높아지고 있다. 특히 정밀도 면에서는 다른 인공장기 개발 방식에 비해 뛰어나다는 평을 받는다. 일명 '맞춤형 장기’로 불리기도 하는 3D프린터 인공 장기는 생체 친화성 또는 생분해성 고분자를 이용한 바이오 프린팅 기술을 골자로 한다.
이론적으로는 3D프린터로 가장 복잡한 구조를 가진 장기 중 하나인 심장을 만들어내는 것도 가능하지만 이는 아직 개발 단계에 있으며, 가장 보편화 된 3D프린터 인공 장기로는 인공 관절, 인공 뼈 등을 들 수 있다. 실제 지난해 네덜란드 유트레히트대학에서는 3D프린터로 만든 두개골을 만성 골질환을 앓는 환자에게 이식하는데 성공했다. 이 환자는 수술 뒤 시력을 완전히 회복했고, 두통 등 일상생활에 지장을 주는 증상이 사라지면서 직장생활도 가능해졌다.
-'세포 배양' 인공장기는 실제 세포를 하나의 장기로 성장시키는 방식으로, 주로 줄기세포나 피부 세포를 이용한다. 줄기세포를 배양해 만든 인공 장기는 환자와 유전적으로 일치하기 때문에 거부반응이 적다는 것이 가장 큰 특징이다. 특히 줄기세포 인공장기는 3D프린터 인공장기 연구에 비해 역사가 길고 상당한 수준까지 진보한 것으로 평가된다.
지난해 미국 신시내티 아동병원 의학센터 연구진이 배아줄기세포와 역분화줄기세포에 세포를 성장시키는 성장유도 단백질을 넣은 지 6일 만에 둥근 형태의 상부 위장체가 형성됐으며, 9일째에는 진정상피 상태까지 성장했다. 34일째에는 줄기세포가 인간의 위장 내부 조직성장, 헬리코박터 파일로리균 질환에 인간의 위와 유사하게 반응하는 것을 확인했다.
이밖에도 미국에서는 줄기세포를 이용한 인공 망막을, 스웨덴에서는 기관암 환자의 몸에 꼭 맞는 인공 기관을 배양해 이식하는데 성공한 사례가 있다.
3D프린터로 인공장기 연구와 세포배양 인공장기 연구는 인공 장기를 인간에게 적용한다는 점에서 같은 목표를 공유하지만, 연구의 기초가 디바이스(기구)냐 생체냐 라는 점에서 차이를 보인다. 최근에는 이러한 생명공학과 재생의학이 서로 결합하는 추세를 보이기도 한다. 예컨대 실험실에서 배양한 세포를 3D프린터와 접목해 보다 정교하고 사람과 싱크로율이 높은 인공장기를 만들어내는 단계에 이른 것이다.
▲인공장기 연구, 어느 수준까지 발전했을까?
늙고 병든 장기를 건강한 인공장기로 ‘자유롭게 교체’하는 시대가 올 수 있을까? 대부분의 인공장기들은 아직 연구단계에 있긴 하지만, 이중 일부는 실제 환자들에게 상당부분 적용되고 있다. 예컨대 인공방광의 경우 방광암으로 방광을 제거한 환자들에게 이식되고 있으며, 최근에는 여러 종류의 세포를 배합해 더욱 정교한 인공 방광을 제작하는 것이 가능해졌다.
연골도 가장 전도유망한 인공장기 중 하나로 꼽힌다. 노년층에게서 흔하게 나타나는 관절이나 연골을 인공관절‧인공연골로 교체하는 것은 수요도 상당할 뿐만 아니라 높은 만족도를 낼 수 있을 정도까지 수준이 향상됐다.
간이나 신장, 심장, 위장 등의 장기를 대체하는 인공장기는 여전히 실험실 내부에만 존재하거나 몇몇 특수 케이스에서만 모습을 드러내는 것이 현실이지만, 전문가들은 불과 50~100년 이내에 마치 고장 난 부품을 새 부품으로 바꾸듯 인공장기를 도입할 수 있을 것으로 보고 있다.
실제로 위의 방식을 이용해 만들어진 인공장기들은 직접 사람의 몸에 적용할 수는 없지만 제약 산업이나 약물 테스트에 필요한 정도까지는 개발이 완료된 상황이다.
고려대학교 의과대학 유임주 교수는 서울신문 나우뉴스와 한 인터뷰에서 “과학의 발전은 생각보다 빠르다. 50~100년 이내에는 일부 인공장기들을 어렵지 않게 이식받을 수 있을 것”이라면서 “다만 현재는 실제 장기의 크기에 못 미치는 소규모 인공장기들이 주로 연구되고 있다. 소규모 간 등은 약물 테스트에 매우 유용하다. 사람의 간을 흉내내는 인공 간이 있으면 약효가 간에 어떻게 작용하는지 알고 그것을 이용해 약물을 개발하거나 검증하는데 활용할 수 있다”고 설명했다.
이어 “해부학적으로 인공장기 연구부문에서 가장 어려운 장기는 뇌라고 볼 수 있다. 원시적인 형태의 신경조직이 뭉쳐져 있는 인공 뇌 정도는 가능할 수 있지만 고차원적인 사고수준을 가진 뇌는 만들기 어렵다. 뇌는 가장 힘든 마지막 단계”라고 덧붙였다.
▲뇌가 나인가, 몸이 나인가…‘신인류’ 정의 필요할 수도
전 세계가 고령화 시대에 접어들면서 인공장기 연구는 선택이 아닌 필수가 됐다. 상당한 기술력과 자본을 요하는 이 분야에는 기술적 난제와 더불어 도덕적 논란이 뒤따른다. 예컨대 뇌를 이식할 경우 뇌에 입력된 콘텐츠의 주인이 나인지, 몸이 나인지, 아니면 뇌 자체가 나인지에 대한 정의를 내리기 어려울 수 있다. 즉 스스로의 정체성에 대한 고차원적인 논의가 필요할 수도 있다는 뜻이다. 뇌가 아닌 동물의 장기를 이식하는 이종장기이식이나 3D프린터를 이용해 만든 기계적인 인공장기를 이식받는 경우에도 ‘인간’이라는 정의의 범위에 대한 논란이 일 수 있다.
이에 대해 유 교수는 “인류가 인공장기를 어떻게 받아들이는가에 대한 문제를 고민하게 될 것이다. 어쩌면 신인류에 대한 정의가 필요할지도 모른다”라면서 “하지만 기술이란 것은 진보하게 되어있고, 기술이 사람들에게 적용되는 것은 시간문제라고 본다”고 밝혔다.
영화 ‘더 게임’(2007)은 가난한 젊은이와 뇌를 바꾸고 젊은 육체를 가지게 된 노인의 이야기를 다룬다. 뇌 이식수술을 통해 두 사람의 뇌가 바뀐 뒤 뇌의 주인이 육체를 지배한다. 영원한 젊음 또는 허무맹랑한 영생을 원하는 사람들에게는 솔깃할 만한 스토리다. 중요한 것은 이것이 더 이상 영화 속 스토리가 아니라는 사실이다. 논란에도 불구하고 인류가 인공장기의 수혜를 톡톡히 입을 날이 얼마 남지 않았다.
송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr
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