A mouse embryo has been grown in an artificial womb—humans could be next

인공 자궁에서 생쥐 키웠다, 다음 순서는 인간?

과학자들이 생쥐의 배아를 상당한 기간 동안 자궁 밖에서 키우는데 성공했다.

사진만으로도 놀라움을 느끼기에 충분하다. 심장 세포가 박동하고 머리와 장차 팔다리가 될 부분까지 모두 갖춘 생쥐 배아가 유리병 안에서 살아 숨쉬고 있기 때문이다.

이 사진을 찍은 이스라엘 연구진은 생쥐의 자연 임신 기간의 약 절반인 11-12일 동안 생쥐 배아를 인공 자궁에서 키우는 데 성공했다고 밝혔다.

이는 포유류의 체외 성장으로는 최장기 기록이다. 연구진은 다음 차례는 인간이 될 수 있다고 밝혔다. 거대한 윤리적 비판이 뒤따를 것으로 예상된다.

“이번 성과는 다른 종에 대한 연구의 발판을 제공한다”고 연구를 이끈 바이츠만 과학연구소(Weizmann Institute of Science)의 발달생물학자 야곱 한나(Jacob Hanna) 박사는 말한다. “이를 계기로 과학자들에게 인간 배아를 5주차까지 키우는 것이 허용되기를 바란다.”

인간 배아를 실험실에서 임신 1분기의 상당 시점까지 키우는 실험은 낙태 논쟁을 피할 수 없다. 한나 박사는 실험실에서 자란 배아를 낙태된 태아에서 추출한 조직 대신 연구용으로 사용하거나, 나아가 치료에 필요한 인체 조직을 만드는데 사용할 수 있다는 입장이다.

어떻게 연구했나

연구진은 사람의 탯줄에서 추출한 혈청을 넣고, 유리병에서 섞고, 가압 산소 혼합물을 주입함으로써 생쥐 배아의 수명을 늘일 수 있었다. 한나 박사는 이를 코로나19 환자에게 인공호흡기를 사용하는 것에 비유한다.

그는 “인공호흡기를 사용하면 세포에 산소가 강제로 공급된다. 그러면 환자가 훨씬 편안함을 느낀다. 배아를 보면 혈관계나 다른 모든 주요 계통이 정상적으로 발달하고 있음을 볼 수 있다”고 설명한다.

바이츠만 과학연구소 연구진이 촬영한 동영상에서 생쥐 배아의 심장이 뛰는 모습. 연구소는 배아를 성장시킬 수 있는 기간을 늘리기 위해 노력하고 있다.

그렇지만 이 생쥐 배아는 혈액을 자연적으로 공급하는 태반이 없다. 배아는 인공호흡 시스템으로는 충분한 산소 공급이 이뤄지지 않을 만큼 자란 후 죽었다.

이 연구를 통해 일반적으로 자궁 안쪽으로 가려져 관찰하기 어려운 발달 초기 배아를 들여다볼 길도 열렸다. 이들 이스라엘 연구진은 성장하는 생쥐 배아에 독소와 염료, 바이러스, 인간 세포 등을 넣으면 어떻게 되는지를 실험해 그 결과를 네이처(Nature)에 공개했다. 스페인 폼페이파브라대학교(Pompeu Fabra University)의 줄기세포 전문가 알폰소 마르티네즈 아리아스(Alfonso Martinez Arias) 박사는 이번 실험을 “매우 인상적이고 대단한 작업”이라고 평가한다. 발달생물학자인 마르티네즈 아리아스 박사는 이 연구에 참여하지는 않았다.

다음 차례는 인간?

한나 박사는 과학자들이 결국 인간 배아에도 이 방법을 적용할 것이라고 말한다. 그는 인간 배아가 실험실에서 머리와 엉덩이, 팔다리를 알아볼 수 있을 정도로 성장하는 모습이 충격으로 다가올 수 있다는 점을 인정한다. 수정 후 12일간 자란 생쥐의 배아는 인간의 경우 임신 1분기에 해당한다.

한나 박사는 “받아들이기 어렵다는 것을 이해한다. 낙태 영역에 속하는 단계”라고 말한다. 그렇지만 연구자들은 이미 불임전문 병원이 제공하는 수정 후 5일된 인간 배아로 연구를 하고 있고, 이 배아도 결국 파괴된다. 한나 박사가 자신의 연구가 정당화될 수 있다고 주장하는 근거다.

“따라서 나는 배아가 40일까지 자란 후 폐기하는 방안에 찬성한다”고 한나 박사는 말한다. “낙태된 태아에서 조직을 얻는 대신 배반포를 만들어 키우는 것이다.”

최근 학계에서는 초기 발달에 관한 새로운 연구 기법과 아이디어가 폭발적으로 쏟아지고 있다. 논문이 발표된 네이처 이번 호에는 ‘인공’ 인간 배아 형성에서 진전을 이룬 두 건의 다른 논문도 발표되었다.

이들 논문을 발표한 연구 팀은 각각 피부 세포와 줄기 세포를 이용해 발달 초기 인간 배아와 닮은 ‘배반포 유사체(blastoid)’를 유도하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 배반포 유사체는 실험실에서 10일간 성장했다. 그동안 다양한 인공 배아 모델이 발표되었지만, 이번에 발표된 것은 태반 형성에 필요한 세포를 갖췄다는 점에서 그동안 발표된 모델 중 가장 완전하다고 할 수 있다. 이는 더 자라면 출산까지도 가능한, 생명력을 가진 인간 배아에 한 걸음 더 다가섰다는 뜻이다.

과학자들은 인공 배아로 임신을 시도하는 일은 절대 없을 것이라고 말한다. 현재 대부분의 국가에서 그 같은 행위가 금지되어 있다.

한나 박사는 이 인공 배아 모델이 자신이 만든 인공 자궁에서 얼마나 더 자랄 수 있는지 알아보는 것이 다음 단계라고 말한다. “이러한 시스템을 만들기까지 6년 동안 고된 시간을 보냈다. 인공 배아를 실험하는 것이 목표이다.”

아직은 초기

마르티네즈 아리아스 박사는 현 단계에서는 인공 자궁 기술이 “복잡하고 비싸다”고 지적한다. 그는 이 기술을 활용할 수 있는 과학자가 많지 않을 것이라며, 단기적으로는 영향력이 제한적일 것으로 내다봤다. 또한 그는 이런 방식으로 인간 배아를 성장시키는 데 찬성하는 입장이 아니다. “그것은 비싸고 까다롭다. 따라서 얼마나 유용할 지는 두고 봐야 할 것이다.”

한나 박사는 인공 자궁 기술에 개선해야 할 점들이 여럿 있다고 말한다. 연구진은 생쥐 배아를 수정란 단계에서부터 12일까지 쭉 키우지는 못 했다. 생쥐가 임신한지 5일째 되던 날 배아를 떼어내어 인큐베이터로 옮긴 다음 일주일간 더 키운 것이었다.

현 단계에서는 아주 짧은 기간이라도 배아가 진짜 생쥐의 자궁에 착상을 해야 그 다음부터 제대로 자랄 수 있다. 연구진은 이 과정을 조정하여 생쥐를 온전히 실험실에서만 키우기 위해 연구하고 있다.

한나 박사는 실험실에서 생쥐를 분만일까지 키우는 데 관심이 없다고 말한다. 그의 목표는 초기 발달 단계를 관찰하고 조작하는 것이다. “초기 발달 단계가 진행되는 것을 살펴보는 것이 목표다. 연구할 것이 정말 많다.”

제약은?

살아 있는 인간 배아를 실험실에서 장기간 키우는 것은 현재 이른바 14일 제한 지침에 의해 금지되어 있다(일부 국가는 이를 법제화했다). 따라서 발생학자는 인간 배아를 수정 후 2주 이상 키울 수 없다.

그렇지만 주요 과학단체인 국제줄기세포연구협회(International Society for Stem Cell Research, ISSCR)가 이 지침을 폐지하고 인간 배아를 14일 이상 키울 수 있게 허용할 것을 권고한다는 계획을 세웠다.

한나 박사는 그렇게 되면 자신이 만든 인큐베이터에서 인간 배아를 키울 수 있으리라 기대한다. 물론 이스라엘 과학윤리위원회가 승인한다는 전제하에서다. 그는 위원회가 승인할 것이라고 생각한다.

한나 박사는 “지침이 개정되면 승인을 신청할 것이고, 아마 승인이 날 것이다. 이것은 매우 중요한 실험”이라고 말한다. “인간 배아에서 낭배와 조직이 형성되고 섭동이 시작되는 것을 관찰해야 한다. 인간 배아를 3주차, 4주차, 5주차까지 키우는 것은 매우 중요한 가치가 있다. 나는 그런 실험이 적어도 고려는 되어야 한다고 생각한다. 인간 배아를 지금 보다 오래 키울 수 있게 되면 많은 것을 알 수 있을 것이다.”

이스라엘 연구진이 개발한 회전하는 유리병 시스템을 이용하면 생쥐 배아를 자궁 밖에서 키울 수 있다. 며칠 동안 생쥐 배아에 가압 산소가 공급된다.

한나 박사는 이같은 연구에 대한 반감을 낮추기 위해 배아를 변형하여 완전한 인간으로 발달할 잠재력을 억제할 수도 있다고 말한다. 칼슘 통로에 유전 변이를 심어 심장이 뛰지 못하게 하는 것이 한 가지 방법이다.

나는 윤리학자나 종교지도자의 조언을 구했는지 한나 박사에게 물었다. 그는 그러지 않았으며, 대신 해당 분야 과학 단체의 조언과 소속 대학 윤리위원회의 승인을 기다리고 있다고 답했다.

그는 “나에게는 ISSCR가 스승”이라고 말한다.

인간 배아를 인공 자궁에서 키우는 기술은 예상치 못한 용도로 현실에서 사용될 수 있다. 스탠퍼드대학교 의사이자 생명윤리학자인 윌리엄 헐버트(William Hurlbut) 박사는 이번에 발표된 인큐베이션 시스템이 임신 1분기 인간 배아로부터 간 또는 췌장 세포 같은 발달 초기 기관을 확보할 수 있는 길을 보여준다고 말한다. 이렇게 확보된 기관은 더 자라게 한 다음 장기 이식에 사용될 수 있다. 한나 박사는 인공 자궁 기술이 잠재적으로 이런 방향으로 사용될 수 있다는 데 동의한다.

“과학의 한계가 분자와 시험관에서 살아있는 유기체로 이동하고 있다”고 헐버트 박사는 말한다. “나는 장기 적출이 말도 안 되는 일이라고 생각하지 않는다. 결국 그렇게 될 것이다. 그렇지만 그렇게 되기까지 많은 일이 있을 것이다. 모두의 생각이 같을 수는 없기 때문이다.”

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