The gene-edited pig heart given to a dying patient was infected with a pig virus

사람에 최초 이식된 돼지 심장, 돼지 바이러스에 감염돼 있었다

올해 초에 유전자 조작 돼지 심장을 이식받았다가 두 달 만에 사망한 환자의 심장이 ‘돼지 바이러스’에 감염됐던 것으로 드러났다. 이 바이러스 감염이 그의 사망에 어떤 영향을 미쳤을까?

올해 초에 인간에게 이식됐던 돼지 심장이 돼지 바이러스에 감염됐던 것으로 드러났다. 이식 전문가들은 돼지 심장을 이식한 지 두 달 만에 환자가 사망하게 된 것에 바이러스가 큰 역할을 했을지도 모른다고 의심하고 있다.

지난 1월 죽음을 앞두고 있던 57세의 미국인 환자 데이비드 베넷(David Bennett)은 이종 간 장기이식에 적합하게 유전자 조작된 돼지 심장을 이식받았고, 그의 이식 수술은 최초로 돼지 심장을 사람에게 이식하는 데 성공한 사례로 널리 알려졌다.

돼지 심장을 이식받고 며칠 후에 베넷의 상태는 침대에서 몸을 일으켜 똑바로 앉을 수 있을 정도로 호전되었다. 그의 이식 수술을 담당했던 메릴랜드 의과대학의 외과의 바틀리 그리피스(Bartley Griffith) 박사는 베넷의 새 심장이 마치 ‘록스타’처럼 격렬하게 뛰고 있다고 말하기도 했다.

그러나 심장을 이식 후 40일 정도가 지났을 때 베넷의 상태는 악화되기 시작했고 결국 이식 수술을 받은 지 두 달 만에 그는 세상을 떠났다. 그가 사망한 3월에 메릴랜드대학교가 발표한 성명에서 대변인은 “그의 사망 시점에 뚜렷한 사망 원인은 확인되지 않았으며 자세한 조사 결과는 나중에 발표하겠다”고 밝혔다.

MIT 테크놀로지 리뷰가 파악한 바에 따르면 베넷의 심장에 치명적인 결과를 가져온 원인은 심장에 감염된 ‘돼지 거대세포바이러스(porcine cytomegalovirus)’였던 것으로 드러났다.

심장에서 발견된 돼지 바이러스의 존재와 이 바이러스를 물리치기 위한 필사적인 노력은 지난 4월 20일에 미국이식학회(American Society of Transplantation)가 온라인으로 스트리밍한 인터넷 세미나(webinar)에서 그리피스의 설명을 통해 알려졌다. 그 이후로 돼지 바이러스 감염이 베넷의 죽음에 영향을 미쳤고 그의 심장을 멈추게 한 원인일 수 있다고 의심하는 전문가들이 이 문제를 주제로 광범위한 논의를 진행하고 있다.

바이러스가 환자 사망의 원인이었을 것이라고 생각하는 그리피스는 “우리는 베넷이 사망한 원인을 파악하기 시작했다”고 밝혔다.

메릴랜드대학교에서 이루어진 돼지 심장 이식 수술은 서로 다른 ‘종’ 사이에서 신체 조직을 이동시키는 ‘이종 간 장기이식(xenotransplantation)’을 실험하기 위한 수술이었다. 그러나 장기 제공을 위해 사육된 돼지에는 바이러스가 없을 것이라는 생각으로 인해 문제가 생겼던 것으로 보인다. 해당 돼지를 사육하고 유전자를 조작했던 바이오테크 기업 리비비코어(Revivicor)는 코멘트 요청을 거절했고 지금까지 바이러스에 관해 어떤 공개적인 발언도 하지 않았다.

이식용 장기 제공을 위한 돼지를 사육하는 경쟁업체 이제네시스(eGenesis)의 CEO 마이크 커티스(Mike Curtis)는 “그 돼지가 모든 돼지 병원균으로부터 안전하다고 여겨졌다는 점이 매우 놀라웠다”며, “바이러스가 없었다고 해도 베넷이 계속 생존할 수 있었을지는 알 수 없지만 어쨌든 바이러스 감염이 그의 생존에 도움이 되지 않았고 이번 실험이 실패하는 데 영향을 미쳤을 것”이라고 설명했다.

10개 유전자 조작 돼지

베넷의 심장에서 돼지 바이러스를 검출한 것이 이종 간 장기이식에 무조건 나쁜 소식이라고는 할 수 없다. 베넷의 죽음에 돼지 바이러스가 어떤 역할을 한 것이 사실이라면 바이러스에 감염되지 않은 심장을 이식할 경우 환자가 훨씬 오랫동안 생존할 수 있을 것이기 때문이다. 일부 외과의들은 이론상 가장 최근에 유전자 조작된 장기를 이식하면 환자가 몇 년 동안 생존할 수 있을 것이며 더 엄격한 절차를 거치면 바이러스를 걸러낼 수 있을 것이라고 생각한다.

온라인 세미나에서 그리피스는 “만약 사망 원인이 바이러스 감염이라면 앞으로는 이 문제를 예방할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이종 간 장기이식을 가장 어렵게 하는 것은 인간의 면역체계이다. 우리 몸의 면역체계는 몸속에 낯선 세포가 들어오면 ‘거부반응(rejection)’이라는 과정을 통해 그것들을 맹렬하게 공격한다. 거부반응을 피하기 위해 기업들은 일부 유전자를 제거하고 다른 유전자를 더하는 방식으로 장기의 유전자를 조작해서 면역체계의 공격을 피할 수 있게 했다.

메릴랜드 의대에서 사용한 버전은 유나이티드 테라퓨틱스(United Therapeutics)의 자회사 리비비코어가 개발한 ‘10개 유전자를 수정한 돼지’로부터 가져온 심장이었다.

미국의 장기이식 연구팀 세 곳은 개코원숭이를 대상으로 진행한 돼지 장기이식 실험을 무사히 마친 이후에 2021년 말부터 처음으로 사람을 대상으로 하는 연구를 개시했다. 뉴욕대학교의 외과 의사들과 앨라배마대학교의 외과 의사들은 각각 뇌사 상태의 환자에게 돼지 신장을 이식하는 연구를 진행했고, 메릴랜드대학교는 1월 초에 베넷에게 돼지 심장을 이식하면서 그보다 한 걸음 더 나아갔다.

돼지 바이러스가 인간으로 전파될지도 모른다는 우려는 오랫동안 존재했다. 어떤 이들은 돼지 바이러스가 환자의 몸에서 적응한 후에 의료진에게 전파되면서 이종 간 장기이식으로 인한 새로운 ‘팬데믹’이 시작될 수도 있다고 우려하기도 한다. 심지어 그런 상황이 발생하는 것을 막기 위해 이식 환자의 상태를 평생 모니터링해야 한다고 주장하는 이들도 있다.

그러나 매사추세츠 종합병원의 이식 감염병 전문의 제이 피시맨(Jay Fishman)은 베넷이 이식받은 심장에서 발견된 바이러스가 인간의 세포를 감염시킬 수 없다고 설명했다. 피시맨은 이 돼지 바이러스가 “사람들 사이에서 전파될 위험은 없다”고 생각한다.

그보다 중요한 문제는 돼지 거대세포바이러스가 장기와 이식 환자에게 피해를 줄 수 있는 반응과 관련되어 있으며 그로 인해 비극적인 결과가 초래될 수 있다는 점이다. 예를 들어 2년 전에 독일의 연구원들은 개코원숭이에 돼지 심장을 이식했을 때 심장에 바이러스가 존재할 경우 개코원숭이가 2~3주밖에 생존하지 못하지만 바이러스 감염이 없으면 반년 이상 생존할 수 있다고 발표한 바 있다.

해당 연구원들은 개코원숭이에 이식했던 돼지 심장의 바이러스 수치가 ‘놀라울 정도로 높았다’고 말했다. 그들은 약물로 인해 개코원숭이의 면역체계가 억제되어 있었던 데다가 개코원숭이에게는 바이러스를 억제할 돼지 면역체계도 없었기 때문에 바이러스 수치가 그렇게 상승할 수 있었다고 추정한다. 그들은 당시에 “비슷한 상황이 인간에게도 발생할 가능성이 상당히 크다”고 경고했다.

DR. BARTLEY GRIFFITH & DAVID BENNETT JAN 2022
돼지 심장을 이식받은 데이비드 베넷과 그의 수술을 집도한 메릴랜드 의과대학의 바틀리 그리피스 박사의 모습.
UNIVERSITY OF MARYLAND SCHOOL OF MEDICINE

해당 연구를 주도한 베를린 자유대학교 바이러스학 연구소의 요아킴 덴너(Joachim Denner)는 이 문제를 해결하려면 더 정확한 바이러스 검사가 필요하다고 말했다. 미국의 연구팀은 바이러스 감염 여부를 확인하기 위해 돼지의 코를 검사했지만, 바이러스는 콧속보다 더 깊은 곳에 숨어 있는 일이 많다.

덴너는 “거대세포바이러스가 잠복기에 있으면 찾아내기 쉽지 않다. 하지만 더 정확한 바이러스 검사를 시행하면 바이러스 감염으로 인한 비극을 막을 수 있을 것이다. 거대세포바이러스는 발견하기만 하면 쉽게 제거할 수 있지만, 안타깝게도 베넷의 의료진이 바이러스를 찾아내지 못하는 바람에 문제가 발생했던 것으로 보인다. 이식용 심장이 바이러스에 감염되어 있었기 때문에 바이러스도 함께 이식되었을 것”이라고 설명했다.

그래도 덴너는 여전히 돼지 심장 이식 실험이 ‘대단한 성공적’이었다고 생각한다. 1967년에 인간의 심장을 다른 사람의 몸에 처음 이식했을 때는 심장을 이식받은 환자는 18일밖에 생존하지 못했고, 그로부터 2년 뒤 독일에서 있었던 심장 이식 수술 환자는 고작 27시간밖에 버티지 못했다.

덴너는 베넷의 사망이 전적으로 바이러스 탓은 아닐 것이라고 말했다. 그는 “베넷이 매우 아픈 환자였다는 점을 잊어서는 안 된다. 물론 바이러스도 사망 원인에 포함되겠지만 그것이 유일한 사망 원인은 아니었을 것”이라고 설명했다.

사망 원인은?

베넷의 사망 원인은 중요하다. 만약 그의 심장이 면역 거부반응으로 인해 정지한 것이라면 연구자들이 다시 첫 단계로 돌아가야 할 수도 있기 때문이다. 하지만 현재 상황에서는 첫 단계로 돌아가는 대신 유나이티드 테라퓨틱스와 이제네시스 같은 회사들이나 그들과 협력하는 학자들이 1~2년 안에 돼지 장기에 대한 임상시험을 개시할 것으로 예상된다.

베넷은 그리피스의 요청에 따라 미국 식품의약청(Food and Drug Administration, 이하 ‘FDA’)이 동물 장기를 이용한 일회성 이식 수술을 특별 허가한 덕분에 돼지 심장을 이식받을 수 있었다. 베넷은 심부전으로 인해 죽음을 목전에 둔 상황이었고 사람의 심장을 이식받을 수도 없는 상태였기 때문에 동물 장기를 이식하려는 대담한 시도에 적합한 대상으로 여겨졌다.

2021년 12월 31일 FDA는 그리피스에게 보낸 메일을 통해 환자 본인과 윤리 위원회가 동의할 경우 베넷의 ‘돌이킬 수 없는 심부전’ 치료를 위한 수술을 진행해도 된다고 허가했다.

베넷의 상태는 내내 좋지 않았다. 그러나 그리피스에 따르면 수술을 진행한 후에 베넷의 몸에 이식된 돼지 심장은 ‘완전히 정상적’인 모습으로 강하게 뛰고 있었다. 심지어 수술 이후 34일째에 시행한 조직검사에서도 우려했던 면역 거부반응의 징후는 없었다.

그리피스는 당시에 “놀라운 일이었다. 우리는 말 그대로 ‘돼지 심장’을 가진 사람과 이야기를 나눌 수 있다”고 말했다. 하지만 거의 기적에 가까운 결과에도 불구하고 그리피스는 의료진이 올바른 일을 한 것인지에 대해 고민하며 괴로워하고 있다고 인정했다.

그리피스에 따르면 의료진은 돼지 심장의 상태를 예의 주시하기 위해 계속해서 최첨단 혈액 검사 등을 이용해 환자를 확인했다. 그들은 DNA 염기서열분석기를 이용해 베넷의 혈액에 돼지 유전자 조각이 부유하고 있는지 검사했다. 돼지 유전자 조각이 약간이라도 증가하면 심장 세포가 죽어가고 있다는 뜻이었다. 카리우스(Karius)라는 회사에서 개발한 새로운 검사를 시행하면 베넷의 혈액에서 수백 개의 세균과 바이러스의 흔적까지 찾아낼 수 있었다.

그리피스에 따르면 수술 20일 후에 베넷에게 채취한 혈액으로 진행한 이 혈액 검사에서 돼지 거대세포바이러스의 존재를 나타내는 작은 신호가 처음으로 드러났다. 그러나 수치가 너무 낮아서 의료진은 검사 결과가 오류라고 생각했다. 특히 이식에 사용한 돼지에는 세균이나 바이러스가 없을 거라고 안심하고 있었던 것이 문제였다.

다른 문제도 있었다. 이 특별 혈액 검사는 결과 확인까지 열흘이 소요됐다. 따라서 의료진은 베넷의 새 심장 안에서 돼지 바이러스가 빠르게 증식하면서 급성 면역 이상 반응인 ‘사이토카인 폭풍(cytokine storm)’ 또는 사이토카인 방출 증후군이 발생하고 있는지 알 수가 없었다.

최첨단 검사를 진행하지 않았다고 해도 수술 후 43일째가 되자 심각한 문제가 분명히 드러났다. 그날 베넷은 열이 약간 느껴지는 상태로 잠에서 깼고 숨을 잘 쉬지 못했다. 그리피스는 “그에게 무언가 문제가 생긴 듯했다. 감염된 것 같았다. 그는 주의력을 상실했고 우리에게 말을 하지 못했다”고 당시 상황을 설명했다.

그런 상황에서 의사들은 이식 후에 흔히 발생하는 문제와 맞닥뜨렸다. 바로 환자의 면역체계를 계속 억누르면서 감염에 맞설 방법을 찾아야 했던 것이다. 게다가 의료진은 알 수 없는 바이러스에 맞서야 하는 불리한 상황에 처해 있었다. 그리피스에 따르면 의료진은 감염이 실제로 어느 정도 이루어졌는지 계속 추측해야 했고 의료진 중에 누구도 돼지 거대세포바이러스에 감염된 사람을 치료해본 적이 없었다.

의료진은 결국 베넷에게 가끔 에이즈 환자에게도 사용되곤 하는 최후의 약물 ‘시도포비어(cidofovir)’를 줄 수밖에 없었다. 그리고 그의 면역체계가 너무 약해져 있었기 때문에 헌혈자들에게 모은 항체인 ‘정맥주사용 면역글로불린(intravenous immunoglobulin)’도 투여했다.

베넷은 그로부터 24시간 동안 상태가 호전된 듯했고 의자에 앉아 있을 수도 있었다. 그리피스는 “우리는 모두 안도했다. 위험을 피했다고 생각했다”고 말했다. 그러나 그러한 안도감은 오래 이어지지 않았다. 일주일 후 베넷의 상태는 다시 급격하게 안 좋아졌고 그의 심장은 멈추기 시작했다.

현재 그리피스는 바이러스에 감염된 돼지 심장을 이식받았던 개코원숭이에서 관찰됐던 것과 같은 증상으로 인해 베넷에게도 문제가 생겼던 것인지 궁금해하고 있다. 해당 바이러스는 더 광범위한 염증 반응을 유발하며 부종과 다른 증상을 일으킨다.

피시맨은 베넷의 사례에 관해 자신이 들은 내용을 바탕으로 “베넷의 증상이 바이러스로 인해 발생한 것으로 보인다”고 말했다.

그렇지만 베넷의 사망 원인을 확실히 단정 짓기는 아직 너무 이르다. 연구원들은 복잡하고 모순적인 단서들을 하나씩 꼼꼼하게 살피면서 답을 찾아내기 위해 노력하고 있다. 의사들은 또한 자신들이 베넷에게 두 번이나 인간 항체를 준 것이 실수였다고 생각한다. 이후에 진행된 검사에 따르면 의사가 투약한 인간 항체가 일부 ‘항 돼지 항체’를 억제했고 장기에도 영향을 줬던 것으로 보인다.

그렇다고 해도 그리피스는 베넷이 이식받은 돼지 심장에 대한 조직검사에서 베넷의 면역체계가 심장을 거부했다는 확실한 징후가 보이지 않는다고 밝혔다. 혹시 면역체계의 거부반응으로 인해 심장에 문제가 생겼을까 봐 우려했던 의료진에게 이 점은 다행이었다. 애초에 돼지의 유전자를 조작했던 것도 면역체계의 거부반응을 피하기 위해서였다.

그리피스에 따르면 베넷이 보인 증상들은 독일의 개코원숭이 실험에서 관찰된 내용과 유사했다. 그리피스는 프레젠테이션을 통해 처음에 검사 결과에서 예상치 못한 ‘문제’를 발견한 것부터 더 큰 감염이 일어난 것, 그리고 해로운 염증의 연쇄반응이 일어난 것까지 바이러스로 인해 심정지가 일어난 과정을 설명했다.

그리피스는 “나는 사이토카인 폭풍으로 인해 모세혈관 누출이 발생하면서 그의 심장에 부종이 생겼고 부종이 섬유성 조직이 되면서 심각한 이완기 심부전이 발생했던 것으로 의심하고 있다”고 밝혔다.

관련 연구원들은 이 이식 수술을 통해 얻게 된 ‘귀중한 통찰’을 생각할 때 이번 수술에 가치가 있었다고 말해왔다. 메릴랜드대학교가 3월에 발표한 성명에서 베넷의 아들도 비슷한 감정을 공유했다. 그는 “우리는 아버지의 수술로 알게 된 사실들이 미래의 환자들에게 도움이 되고 매년 수많은 사람들의 목숨을 앗아가는 장기 부족 현상을 언젠가 끝낼 수 있게 되기를 바란다”고 말했다.

그러나 돼지 바이러스의 존재는 이번 이식 수술을 진행했어야 했는지에 대한 일부 사람들의 의문에 영향을 줄지도 모른다. 뉴욕대학교의 생명윤리학자 아서 캐플런(Arthur Caplan)은 이번 실험이 “커다란 위험을 드러냈다”며 의사들이 감염을 예방하거나 통제할 수 없다면 “그런 실험을 정당화하기는 어렵다”고 말했다. 또한 캐플런은 베넷은 삶에 대한 의지가 강했고 수술에 동의하거나 실험 참여를 마칠 때 그가 적극적으로 의견을 표출했다고 할 수 없기 때문에 이런 위험한 수술을 진행한 것이 적절한 일이었는지 확신할 수 없다고 밝혔다.

베넷을 담당한 의사들은 베넷을 수많은 어려움에 맞선 용감한 자원자라고 불러왔다. 그리피스는 온라인 세미나에서 “그를 잃게 되어 너무나 유감이다. 그는 우리에게 환자였지 실험 대상이 아니었다. 그가 오직 삶을 원했다. 사실 그는 매우 유쾌한 사람이기도 했다. 그는 돼지 심장을 이식받으러 가는 길에 나를 쳐다보고는 ‘내가 사람의 심장을 받을 수 없는 게 확실한 거죠?’라고 말하기도 했다”는 이야기를 전했다.

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