장기이식 없이 줄기세포로 해결하는 의학이 다가온다

최근 미국 캘리포니아대 샌타바버라 부속 노화연구소(CALS)는 심장 간 등 장기를 우리 몸속에서 새롭게 만들어내는 연구에 한창입니다. 이들의 연구는 인류가 조물주의 영역에 도전하는 또 다른 사례라고 볼 수 있습니다.

CALS의 조엘 로스먼 소장은 “장기 이식이 필요한 환자가 이식받지 않고 체내에서 장기를 생성할 수 있게 하는 게 우리의 목표”라고 했으며, 피부세포나 근육으로 신장 간 등 장기를 만들겠다는 계획입니다.

특히 8년 전 실험동물인 예쁜꼬마선충의 자궁을 장으로 바꾸는 데 성공했는데, 지금은 피부나 근육을 심장, 신장으로 바꾸는 연구를 하고 있습니다. 미국의 로스먼 소장은 “먼 미래가 되겠지만 언젠가는 이식 없이 환자의 몸에서 망가진 장기를 대체하는 장기를 거부반응 등 안전성 문제 없이 제조해 쓸 수 있게 될 것”이라고 했습니다. 이식할 장기가 없어 사망하거나 생명을 위협받는 일이 사라질 것이라는 의미로, 이는 상당히 혁명적인 발언입니다. 특히 장기이식 대기자는 한국이 5만 명, 미국은 10만 명에 이를 정도로 상당히 만연한 의료 이슈입니다.

이와 더불어 인공장기 연구도 속도를 내고 있습니다. 미국 동부 볼티모어에 있는 존스홉킨스대 의대 연구팀은 인공 뇌를 만드는 데 성공했는데, 아직 크기가 2~3㎜로 작아 환자 치료에 쓸 수 없지만 진짜 뇌가 신경신호를 보내듯 외부로 전기신호를 내보낼 수 있습니다. 이는 손상된 뇌 조직 복구 등에 활용할 수 있을 것으로 기대됩니다. 김덕호 존스홉킨스대 의대 교수는 “소뇌, 중뇌 등 다양한 뇌 조직별로 배양하고 있다”고 말했습니다.

 

피부·근육 세포로 망가진 심장 교체…내 몸으로 '셀프 장기이식' 가능해진다

 

길이 1㎜에 겨우 20일이면 수명이 다하는 예쁜꼬마선충은 노화 연구자들의 오랜 파트너입니다. 쥐 같은 실험 동물에 비해 수명이 짧아 연구 결과를 빠르게 얻을 수 있어서라고 합니다. 미국 UC샌타바버라 노화연구소(CALS)에서는 예쁜꼬마선충으로 몸속 장기를 다른 장기로 바꾸는 실험을 집중적으로 진행하는 연구기관 중 하나인데, 조엘 로스먼 CALS 소장은 “줄기세포 기술을 활용해 예쁜꼬마선충의 자궁을 장으로 바꾸는 실험에 성공했다”며 “가령 피부조직을 안전하게 심장으로 바꿀 수 있게 되면 심장병 환자는 다른 사람의 장기나 인공장기를 이식받지 않고도 새로운 심장을 갖게 될 것”이라고 말했습니다.

 

피부·근육 세포로 심장 만든다

 

2021년 설립된 CALS는 미국 솔크연구소와 함께 역노화기술을 연구하는 대표적인 연구소로 꼽힌다. 설립자인 로스먼 소장은 “다양한 전공자와의 자유로운 융합연구가 CALS의 정신”이라고 말했다.

3D 프린팅하는 인간의 장기

CALS 연구팀은 보다 개선된 연구를 추구하여, 세포를 젊게 만드는 데 그치지 않고 아예 다른 세포로 바꾸는 시도를 했습니다. 그렇게 자궁세포를 장세포로 바꾸자 예쁜꼬마선충 몸속에 3차원 구조의 장이 만들어졌습니다. 줄기세포를 다른 종류의 세포로 바꾼 사례는 이전에도 있었지만 이미 다 자란 개체에서 세포 종류를 바꿔 3차원 구조 장기를 만드는 데 성공한 건 CALS가 최초입니다. 로스먼 소장은 “자궁에서 장뿐만 아니라 어떤 세포든 원하는 다른 종류로 바꿔주는 ‘방정식’을 완성해 나가는 중”이라고 말했습니다.

 

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혈관 등 조직 재생은 상용화 단계

 

다만 CALS의 연구가 장기 이식의 현실적인 대안이 되기까진 오랜 시간이 걸릴 전망입니다. 예쁜꼬마선충과 비교가 어려울 만큼 인체는 구조가 복잡하기 때문입니다. 예쁜꼬마선충 몸속에서도 새로 만든 장은 안정적으로 구조를 유지하기는 했지만 제 기능을 하진 못했습니다.

다만 일부 희망적이게도, 조직 일부를 재생하는 치료법은 어느 정도 수준에 올라섰다고 합니다. 특히 비교적 구조가 단순한 혈관이 자라나도록 하는 치료법은 상용화가 임박했습니다. 환자의 세포를 리프로그래밍해서 혈관을 생성하는 줄기세포를 만들거나 혈관을 구성하는 세포를 키워 이식하는 방식인데, 미국 하버드대와 스탠퍼드대 등이 연구에 뛰어들었습니다.

 

맞춤형 인공장기 현실화 전망

 

사실 인공장기는 CALS가 연구 중인 자가 장기 재생 기술보다 더 빨리 현실화할 것으로 전망됩니다. 특히 줄기세포를 배양해 특정 장기의 기능을 수행할 수 있을 만큼 키운 유사 장기체인 오가노이드는 미래 인공장기 기술로 각광받고 있습니다.

오가노이드도 아직 장기 자체의 기능을 하기보다는 세포 집합체에 가까운 수준이며 크기도 2~3㎜ 정도밖에 구현하지 못합니다만, 뇌 심장 등 특정 장기의 기능을 본뜬 것이어서 약물 효능 분석 등에 활용되고 있습니다. 아울러 과학계에선 10년 내 상용화될 것으로 기대하고 있습니다.

 

과거에는 상상도 못한 새로운 세상이 다가오고 있으며, 인류의 미래를 어떤 방향으로 이끌지 자못 기대가 되는 바입니다.

 

2024.03.20 - [사회와 정치, 교육] - 20대 몸으로 150살까지 사는 장수혁명

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