미 예일대 연구팀, 죽은 돼지 핵심 장기 기능 살리는데 성공

이스라엘 연구진은 쥐 줄기세포 활용 인공배아 만들어

돼지와 쥐 등 실험용 동물을 활용해 인간이 지금껏 상상하기 어려웠던 분야의 생체 분야 실험에 성공했다는 외국 연구진의 발표가 잇따르고 있다. 미국 연구팀은 이미 죽은 돼지 사체의 뇌와 심장, 간, 신장 등 핵심 장기 기능을 되살리는 데 성공했다.

죽은 돼지의 뇌를 되살리는 실험에 이어, 뇌 뿐만 아니라 심장과 간, 신장 등 주요 장기 전반을 되살리는 연구를 이끈 예일대의 신경과학자 네나드 세스탄 교수.

국제학술지 네이처는 3일(현지시각) 예일대 네나드 세스탄 교수가 이끄는 연구팀이 죽은 돼지의 중요 장기들을 되살렸다는 연구 결과를 게재했다. 세스탄은 지난 2019년 죽은 돼지에서 분리한 뇌의 일부 기능을 되살려 주목받은 신경과학자로, 이번엔 비슷한 원리를 적용해 뇌 뿐만 아니라 전신을 대상으로 실험했다. 연구팀은 실험용 돼지 여러 마리를 마취 상태에서 심정지를 유도해 죽게 한 뒤, 인공호흡 장치도 뗐다.

돼지로 손상된 사람 폐를 이식수술이 가능할 정도로 소생시키는 실험이 성공했다.

돼지로 손상된 사람 폐를 이식수술이 가능할 정도로 소생시키는 실험이 성공했다.

그리고 1시간이 지난 후 인공 심폐장치와 비슷한 장비를 활용해 혈액 대체재인 ‘오르간엑스(OrganEX)’라는 특수 용액을 죽은 돼지 혈관에 주입했다. 오르간엑스는 영양분과 항염증제, 혈액응고 방지제, 세포사 예방제, 신경차단제, 인공 헤모글로빈과 돼지의 피 등을 섞어 만들었다. 이 연구팀은 3년 전 돼지 뇌 재생 실험에서도 ‘브레인엑스(BrainEx)’라는 혈액 모방 용액을 공급해 뇌세포 일부 기능을 회복시켰다.

즉시 각 장기에 혈액이 돌아 산소가 공급되고 세포 활동이 재개되면서 핵심 기능이 돌아왔다. 돼지 심장이 다시 뛰고, 간에선 알부민(혈장 단백질의 구성성분)이 생성되며 신진대사를 시작했다. 뇌세포도 다시 기능을 하기 시작했다. 그러나 이번 실험에선 오르간엑스에 일부러 신경 차단제를 포함시켰기 때문에 돼지 의식은 돌아오지 않았다. 개별 뇌세포가 살아나도 뇌에서 전체적으로 조직적인 신경 활동이 일어난다는 징후는 없었다.

연구팀은 대조군으로 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하는 체외막산소공급장치인 에크모(ECMO)를 부착한 돼지 등을 같이 실험했다. 에크모를 단 돼지 사체들은 몇 시간 후 몸이 뻣뻣해지고 장기 세포막과 혈관이 분해되기 시작한 것과 달리, 오르간엑스를 투여한 돼지는 사후 몇 시간이 지나도 사체가 별로 뻣뻣해지지 않았다고 한다. 심지어 오르간엑스 돼지는 촬영을 위해 요오드 조영제를 주사하자,

머리와 상체를 홱 움직여 과학자들이 소스라치게 놀라기도 했다고 한다. 연구진은 돼지 머리가 움직인 정확한 이유는 알 수 없으나, 척수 신경 자극과 관련됐을 가능성이 있을 뿐 뇌 재생과는 무관한 것으로 추정했다. 연구팀은 논문에서 오르간엑스 돼지의 장기가 얼마나 작동했는지는 명확히 밝히지 않았으나, 실험은 14일간 지속한 것으로 기술했다.

네이처는 “통상 심장사는 불가역적인 것으로 인식돼왔다. 심장이 멈추면 몇분 내 체내 각 조직에 산소 공급이 중단되고 효소들이 세포막을 분해하며, 장기들은 구조가 빠르게 와해돼 부패가 시작된다”면서 “이번 실험처럼 사망 상태에서 장기 기능을 되살릴 수 있다는 것은 놀라운 일”이라고 했다. 실제 인체 장기 이식이 어려운 이유도 이 때문이다. 각국에선 통상 뇌사 환자의 사후 약 두 시간 후 장기 이식을 한다. 이 타이밍을 놓치거나, 심장 박동이 미약하게 뛰고 있어 사망 선고가 늦어지는 경우, 장기가 훼손되면 이식도 할 수 없다. 이런 문제로 장기 기증을 원했던 이들 중 50~60%가 기증에 실패한다고 한다. 만약 이번 연구처럼 사체에서도 장기를 살려내 장기간 기능하게 할 수 있다면, 장기 이식에 획기적 발전을 가져올 수 있다는 얘기다.

예일대는 이 기술의 특허도 출원했다. 그러나 “현재로선 이를 인체에 적용하는 것은 한참 먼 얘기”라고 밝혔다. 향후 되살린 장기를 다른 생체에 이식해 기능하게 할 수 있는지, 살아있는 동물 체내에서 손상된 심장이나 뇌 등을 복구시킬 수 있는지 등을 실험할 예정이라고 한다. 오르간엑스에 신경차단제를 쓰지 않은 상태에서 뇌에 무슨 일이 일어나는지 연구하면, 이 기술이 뇌졸중이나 익사 사고를 당한 사람들의 뇌 기능 회복에 도움을 줄 수 있다는 전망도 나온다. 뉴욕타임스는 학계가 이번 연구로 인해 ‘뇌와 심장, 폐 기능의 완전한 상실’이라는 죽음에 대한 의학적 정의가 도전받을 수 있다고 본다고 전했다.

한편 이스라엘에서는 세계 최초로 정자와 난자 없이 인공 배아를 만들어냈다. 3일(현지 시각) 영국 가디언에 따르면, 이스라엘 바이츠만 연구소는 쥐의 줄기세포를 활용해 초기 배아와 유사한 구조로 만들어내는데 성공했다. 이 배아는 초기 단계의 뇌와 장관(腸管), 박동하는 심장을 갖췄다. 연구 결과는 이달 1일 학술지 셀에 실렸다.

연구진은 이 기술이 동물실험을 줄이고 궁극적으로 인간에 이식할 수 있는 세포와 조직을 복제할 수 있을 것으로 기대했다. 백혈병 환자의 피부 세포를 채취해 치료에 필요한 골수 줄기세포를 만들어낼 수 있는 식이다. 하지만 윤리적인 논란은 여전히 남아 있다. 한나 교수는 “배양한 인공 배아는 진짜 배아와 같은 것이 아니며, 살아있는 동물로 성장할 수도 없다”고 설명했다. 그는 또 “이스라엘ㆍ미국ㆍ영국 등의 나라에서는 인간유도만능줄기세포(human-induced pluripotent stem cells)로 연구하는 것이 합법”이라며 “우리는 연구에 대한 윤리적 허가도 받았다”고 설명했다.

미 예일대 연구팀, 죽은 돼지 핵심 장기 기능 살리는데 성공

이스라엘 연구진은 쥐 줄기세포 활용 인공배아 만들어

돼지와 쥐 등 실험용 동물을 활용해 인간이 지금껏 상상하기 어려웠던 분야의 생체 분야 실험에 성공했다는 외국 연구진의 발표가 잇따르고 있다. 미국 연구팀은 이미 죽은 돼지 사체의 뇌와 심장, 간, 신장 등 핵심 장기 기능을 되살리는 데 성공했다.

죽은 돼지의 뇌를 되살리는 실험에 이어, 뇌 뿐만 아니라 심장과 간, 신장 등 주요 장기 전반을 되살리는 연구를 이끈 예일대의 신경과학자 네나드 세스탄 교수.

국제학술지 네이처는 3일(현지시각) 예일대 네나드 세스탄 교수가 이끄는 연구팀이 죽은 돼지의 중요 장기들을 되살렸다는 연구 결과를 게재했다. 세스탄은 지난 2019년 죽은 돼지에서 분리한 뇌의 일부 기능을 되살려 주목받은 신경과학자로, 이번엔 비슷한 원리를 적용해 뇌 뿐만 아니라 전신을 대상으로 실험했다. 연구팀은 실험용 돼지 여러 마리를 마취 상태에서 심정지를 유도해 죽게 한 뒤, 인공호흡 장치도 뗐다.

돼지로 손상된 사람 폐를 이식수술이 가능할 정도로 소생시키는 실험이 성공했다.

돼지로 손상된 사람 폐를 이식수술이 가능할 정도로 소생시키는 실험이 성공했다.

그리고 1시간이 지난 후 인공 심폐장치와 비슷한 장비를 활용해 혈액 대체재인 ‘오르간엑스(OrganEX)’라는 특수 용액을 죽은 돼지 혈관에 주입했다. 오르간엑스는 영양분과 항염증제, 혈액응고 방지제, 세포사 예방제, 신경차단제, 인공 헤모글로빈과 돼지의 피 등을 섞어 만들었다. 이 연구팀은 3년 전 돼지 뇌 재생 실험에서도 ‘브레인엑스(BrainEx)’라는 혈액 모방 용액을 공급해 뇌세포 일부 기능을 회복시켰다.

즉시 각 장기에 혈액이 돌아 산소가 공급되고 세포 활동이 재개되면서 핵심 기능이 돌아왔다. 돼지 심장이 다시 뛰고, 간에선 알부민(혈장 단백질의 구성성분)이 생성되며 신진대사를 시작했다. 뇌세포도 다시 기능을 하기 시작했다. 그러나 이번 실험에선 오르간엑스에 일부러 신경 차단제를 포함시켰기 때문에 돼지 의식은 돌아오지 않았다. 개별 뇌세포가 살아나도 뇌에서 전체적으로 조직적인 신경 활동이 일어난다는 징후는 없었다.

연구팀은 대조군으로 산소를 공급하고 이산화탄소를 제거하는 체외막산소공급장치인 에크모(ECMO)를 부착한 돼지 등을 같이 실험했다. 에크모를 단 돼지 사체들은 몇 시간 후 몸이 뻣뻣해지고 장기 세포막과 혈관이 분해되기 시작한 것과 달리, 오르간엑스를 투여한 돼지는 사후 몇 시간이 지나도 사체가 별로 뻣뻣해지지 않았다고 한다. 심지어 오르간엑스 돼지는 촬영을 위해 요오드 조영제를 주사하자, 머리와 상체를 홱 움직여 과학자들이 소스라치게 놀라기도 했다고 한다. 연구진은 돼지 머리가 움직인 정확한 이유는 알 수 없으나, 척수 신경 자극과 관련됐을 가능성이 있을 뿐 뇌 재생과는 무관한 것으로 추정했다. 연구팀은 논문에서 오르간엑스 돼지의 장기가 얼마나 작동했는지는 명확히 밝히지 않았으나, 실험은 14일간 지속한 것으로 기술했다.

네이처는 “통상 심장사는 불가역적인 것으로 인식돼왔다. 심장이 멈추면 몇분 내 체내 각 조직에 산소 공급이 중단되고 효소들이 세포막을 분해하며, 장기들은 구조가 빠르게 와해돼 부패가 시작된다”면서 “이번 실험처럼 사망 상태에서 장기 기능을 되살릴 수 있다는 것은 놀라운 일”이라고 했다. 실제 인체 장기 이식이 어려운 이유도 이 때문이다. 각국에선 통상 뇌사 환자의 사후 약 두 시간 후 장기 이식을 한다. 이 타이밍을 놓치거나, 심장 박동이 미약하게 뛰고 있어 사망 선고가 늦어지는 경우, 장기가 훼손되면 이식도 할 수 없다. 이런 문제로 장기 기증을 원했던 이들 중 50~60%가 기증에 실패한다고 한다. 만약 이번 연구처럼 사체에서도 장기를 살려내 장기간 기능하게 할 수 있다면, 장기 이식에 획기적 발전을 가져올 수 있다는 얘기다.

예일대는 이 기술의 특허도 출원했다. 그러나 “현재로선 이를 인체에 적용하는 것은 한참 먼 얘기”라고 밝혔다. 향후 되살린 장기를 다른 생체에 이식해 기능하게 할 수 있는지, 살아있는 동물 체내에서 손상된 심장이나 뇌 등을 복구시킬 수 있는지 등을 실험할 예정이라고 한다. 오르간엑스에 신경차단제를 쓰지 않은 상태에서 뇌에 무슨 일이 일어나는지 연구하면, 이 기술이 뇌졸중이나 익사 사고를 당한 사람들의 뇌 기능 회복에 도움을 줄 수 있다는 전망도 나온다. 뉴욕타임스는 학계가 이번 연구로 인해 ‘뇌와 심장, 폐 기능의 완전한 상실’이라는 죽음에 대한 의학적 정의가 도전받을 수 있다고 본다고 전했다.

한편 이스라엘에서는 세계 최초로 정자와 난자 없이 인공 배아를 만들어냈다. 3일(현지 시각) 영국 가디언에 따르면, 이스라엘 바이츠만 연구소는 쥐의 줄기세포를 활용해 초기 배아와 유사한 구조로 만들어내는데 성공했다. 이 배아는 초기 단계의 뇌와 장관(腸管), 박동하는 심장을 갖췄다. 연구 결과는 이달 1일 학술지 셀에 실렸다.

연구진은 이 기술이 동물실험을 줄이고 궁극적으로 인간에 이식할 수 있는 세포와 조직을 복제할 수 있을 것으로 기대했다. 백혈병 환자의 피부 세포를 채취해 치료에 필요한 골수 줄기세포를 만들어낼 수 있는 식이다. 하지만 윤리적인 논란은 여전히 남아 있다. 한나 교수는 “배양한 인공 배아는 진짜 배아와 같은 것이 아니며, 살아있는 동물로 성장할 수도 없다”고 설명했다. 그는 또 “이스라엘ㆍ미국ㆍ영국 등의 나라에서는 인간유도만능줄기세포(human-induced pluripotent stem cells)로 연구하는 것이 합법”이라며 “우리는 연구에 대한 윤리적 허가도 받았다”고 설명했다.