Researchers repaired cells in damaged pig organs an hour after the animal’s death

美 연구팀, 죽은 돼지 세포를 되살리다

미국 예일대 의대 연구팀이 죽은 지 한 시간이 지난 돼지의 주요 장기를 구성하는 세포의 기능을 되살리는 데 성공했다. 이번 연구는 뇌졸중과 심장마비 치료법 개발에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

미국 연구팀이 돼지가 죽고 나서 한 시간 후에 돼지의 주요 장기를 되살리는 데 성공했다. 연구팀은 이번 연구에서 새로 도입한 기술을 통해 돼지의 혈액순환을 회복하고 장기의 손상된 세포를 복구했다. 이번 연구 결과는 우리가 이전에 알고 있던 것만큼 세포가 빠르게 죽지 않는다는 것을 보여준다. 

3일 국제학술지 <네이처(Nature)>에 발표된 이번 연구는 장기를 몸에서 제거한 후에 더 나은 상태로 더 오랫동안 유지할 수 있는 방법을 제안하면서 인간의 장기 이식 성공 가능성을 높일 수 있는 길을 열었다. 이뿐만 아니라 산소가 차단된 후에 세포가 어떻게 반응하는지에 대한 통찰을 제공하여 과학자들이 뇌졸중과 심장마비 치료법을 개발하는 데도 도움을 줄 수 있을 것으로 보인다.

예일대학교 의과대학 연구팀은 컴퓨터로 제어하는 ‘오르간엑스(OrganEx)’라는 기계를 사용하여 돼지 심장과 폐의 기능을 되돌렸다. 기계를 이용해 연구팀은 돼지가 죽고 나서 한 시간 후에 세포를 보호하고 혈전을 예방하기 위한 분자, 인공 헤모글로빈, 항생제 등이 섞인 오르간엑스 액체 혼합물을 돼지 몸 전체에 순환시켰다. 그리고 센서를 통해 실시간으로 액체의 순환을 모니터링하고 돼지 동맥의 혈압을 측정했다.

그러고 나서 그들은 병원에서 심각한 심장질환이나 폐질환을 가진 환자의 생명을 구하기 위해 사용하는 체외막산소공급장치 에크모(ECMO: Extracorporeal membrane oxygenation)에 연결된 돼지와 오르간엑스를 이용한 돼지를 비교하여 오르간엑스의 효능을 테스트했다.

그 결과 오르간엑스로 처리된 장기는 에크모에 연결된 장기보다 출혈이나 세포 손상이나 조직이 붓는 현상이 적은 것으로 드러났다. 연구원들은 이것이 오르간엑스가 죽은 돼지의 주요 장기 여러 곳을 구성하는 세포의 일부 기능을 회복시킬 수 있음을 보여주는 결과라고 설명했다. 예를 들어 연구원들은 오르간엑스를 주입한 돼지의 심장 세포가 수축하는 현상을 관찰했지만 에크모에 연결한 돼지의 세포에서는 같은 현상을 발견하지 못했다.

예일대학교 의과대학 신경생물학 네나드 세스탄(Nenad Sestan) 교수는 “죽은 돼지의 세포가 돼지 사망 이후 몇 시간이 지나고 나서도 계속 기능하고 있는 것을 보면 사망 후 한 시간이 지난 후에도 주요 장기에서 세포의 종말이 중단되고 기능이 복구될 수 있다는 것을 알 수 있다”며 “그러나 이 장기들이 이식 가능한 상태인지는 알 수 없다”고 밝혔다.

브레인엑스 활용

이번 연구에 사용된 오르간엑스 개발을 위해 연구팀은 이전에 개발한 브레인엑스(BrainEx)라는 기계를 활용했다. 2018년 MIT 테크놀로지 리뷰가 처음 보도한 브레인엑스는 죽은 지 몇 시간이 지난 돼지의 뇌를 부분적으로 되살리는 데 이용된 기계이다. 브레인엑스 또한 자연적인 혈액순환 리듬을 모방하기 위해 펌프와 필터를 사용했다. 당시 연구팀은 브레인엑스를 이용해 돼지 뇌에 있는 혈관을 통해 비슷한 화학 혼합 용액을 주입했고 돼지 사망 이후 최대 6시간까지 뇌로 향하는 산소 흐름을 복구하는 데 성공했다. 이를 통해 죽은 돼지의 뇌세포 상당수가 하루 이상 살아서 기능할 수 있었다. 그러나 연구팀은 뇌가 다시 의식을 회복했다는 것을 보여주는 전기 활동을 감지하지는 못했다.

뇌졸중이나 심장마비가 발생한 이후에 포유류의 혈액 흐름이 제한되면 세포는 혈액이 운반하는 산소와 영양을 공급받지 못하면서 죽게 된다. 그리고 세포의 죽음은 결국 조직과 장기의 죽음으로 이어진다. 심장 박동이 멈추면 장기가 부풀기 시작하면서 혈관이 무너지고 혈액순환이 차단된다. 오르간엑스 용액은 응고되지 않으므로 이러한 상황을 우회할 수 있다. 예일대학교 의과대학 신경과학 연구원이자 이번 연구에 참여한 즈보니미르 브르셀자(Zvonimir Vrselja)는 오르간엑스를 ‘엄청난 성능을 가진 에크모’에 비유했다.

그는 “이번 연구 결과를 보면 세포가 우리가 추정한 것처럼 빠르게 죽지 않는다는 것을 알 수 있다”며 “이는 죽음을 막기 위해 효과적으로 개입할 수 있다는 가능성을 열어준다”고 말했다.

이번 연구에 참여하지 않은 뉴욕대 그로스만 의과대학 부교수 샘 파니아(Sam Parnia)는 이번 연구 결과를 “매우 주목할만하다”고 평가했다. 그는 오르간엑스는 사망한 사람의 장기를 보존할 수 있지만 익사나 심장마비 등 근본적으로 처치 가능한 사인으로 사망한 사람의 장기만 보존할 수 있다고 설명했다.

그는 “이번 연구는 죽음에 관한 우리의 사회적 인식이 과학적으로 타당하지 않다는 것을 보여준다”며 “이제 과학적인 관점에서 죽음은 발생 후 몇 시간 동안 치료할 수 있고 되돌릴 수 있는 생물학적 과정을 의미”한다고 말했다.

세스탄은 연구팀이 동물을 대상으로 추가 연구를 계획하고 있으며 다음 단계는 오르간엑스를 주입한 장기를 이식할 수 있는지 연구하는 것이라고 밝혔다.

그러나 연구원들은 아직 해당 기술이 실험 단계에 있다고 강조했다. 이번 연구에 참여한 예일대 생명윤리를 위한 학제간 센터(Interdisciplinary Center for Bioethics) 소장 스티븐 레이섬(Stephen Latham)은 “이 기술을 인간에게 사용하려면 아직 갈 길이 매우 멀다”고 말했다.

연구팀이 인간에게 이 기술을 적용하는 것을 고려하기까지는 훨씬 많은 연구가 필요할 것이다. 그렇다고 해도 그런 일이 절대 일어나지 않는다는 말은 아니다. 레이섬은 일부 조직이 손상되는 것을 막으려면 오르간엑스 용액을 인간의 몸에 적합하도록 조절해야 한다고 말하며 “전체가 아니라 일부라고 하더라도 조직 손상을 되돌리는 것은 끔찍한 일”이라고 지적했다.

그는 “이 연구에 기초할 수 있는 훨씬 현실적인 임상 목표는 장기를 회복하고 이식용 장기를 유지하는 것이라고 생각한다”고 덧붙였다.

2019년에 있었던 연구 결과 검토에는 참여했지만 이번 오르간엑스 연구에는 관여하지 않은 스탠퍼드대학교의 법과 윤리 교수 행크 그릴리(Hank Greely)는 오르간엑스가 잠재적으로는 인간의 장기 이식에 유용할 수 있고 결과적으로 더 많은 생명을 살릴 수도 있겠지만, 이 시스템이 ‘동의’라는 가장 큰 윤리적 문제를 해결하지는 못한다고 말했다.

그는 “이 기술을 인간에게 적용하려면 사람들이 자신의 장기를 이식하는 것뿐만 아니라 이식 수술을 위해 자신들의 신체를 무기한 살려놓는 것에도 동의해야 할 것”이라며 “하지만 그렇다고 해도 우리는 돼지 뇌 실험에서 해결되지 않은 질문의 답을 알 수가 없다. ‘정말 뇌를 되살릴 수 있는가?’ 그들은 이 질문에 대한 답은 찾고 있지 않은 것 같다”고 말했다. (By Rhiannon Williams)

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