돼지 심장 이식하고 3D프린터로 만들고 인공장기, 인류의 희망이 되다

작성일 07-02

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 장기이식 기술 발달 어디까지 왔나 
 <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
 <section dmcf-sid="z72MFQ3IA3">
 <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="ad6ce8ff23fd8c144b65d7434c3df7dbe7345d64b2dc1b207562551bd5958001" dmcf-pid="qzVR3x0CNF" dmcf-ptype="figure">
 <img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/02/mk/20250702165402248syhh.jpg" data-org-width="1000" dmcf-mid="u5OkfA41gp" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/02/mk/20250702165402248syhh.jpg" width="658">
 </figure>
 "언제 내 차례가 올지 모르는 기약 없는 기다림도 고통스러웠지만, 누군가가 죽어야 내가 살 수 있다고 생각하는 것 자체가 힘들었습니다."
 한 환자 모임 온라인 카페에서 심장 이식을 받았다고 소개한 A씨가 남긴 말이다. A씨처럼 심장 기능 이상으로 혈액을 제대로 공급하지 못하는 말기 심부전은 심장 이식만이 유일한 해결책이다. 심장뿐 아니라 간과 신장, 췌장 등 다른 장기도 '백약이 무효'일 때 최후의 방법은 다른 사람의 장기를 이식하는 것이다. 장기이식은 기약 없는 기다림의 연속이다. 한국장기조직기증원에 따르면 지난해 장기이식 대기자 수는 약 5만2000명이지만, 실제 이식 건수는 약 6000건에 불과하다. 4만명이 훨씬 넘는 사람들이 고통을 참으면서 언제 올지 모를 차례를 기다리고 있다. 과학계와 의료계는 수십 년간 이 문제에 매달렸다. 사람의 장기를 가져올 수 없으니 동물 장기를 활용하거나 인공장기를 만들 수는 없을까?
 동물 장기 가져오는 이종이식
 가장 많이 진전된 분야는 다른 동물의 장기를 가져오는 이종이식이다. 특히 돼지의 장기를 많이 사용한다. 돼지의 장기는 인간과 크기나 모양이 비슷할 뿐만 아니라 유전적으로도 유사한 점이 많기 때문이다. 인간의 심장이 300g 내외인데, 돼지의 심장도 200g대 후반 정도의 크기다.
 이종이식을 포함한 모든 이식 수술의 관건은 '거부반응'이다. 원래 자기 몸에서 유래하지 않은 물질을 이식하는 경우 우리 몸은 이물질로 판단해 면역반응을 일으키면 이식된 장기를 공격한다. 거부반응이 심하면 이식된 장기는 괴사를 일으키거나 혈전 등이 생겨 혈압 저하나 호흡곤란이 발생할 수도 있다.
 돼지의 장기가 아무리 인간과 유전적으로 비슷하다고 해도 당연히 거부반응은 일어난다. 이 때문에 돼지 장기를 그대로 이식하는 게 아니라 유전자 변형 등 각종 처리를 거친다. 먼저 유전자가위를 이용해 돼지의 유전자를 편집하고 난세포에 삽입한다. 이 난세포를 어미 돼지에게 인공수정시키면, 유전자 편집 돼지가 태어난다. 이 돼지가 충분히 자라면 장기를 사람에게 이식할 수 있다.
 돼지의 심장을 인간에게 이식하는 수술은 이미 몇 차례 이뤄졌다. 미국 메릴랜드대 연구팀은 2022년 말기 심부전 환자인 데이비드 베넷 씨(57)에게 유전자 조작 돼지의 심장을 세계 최초로 이식했다. 당시 연구진은 인간 면역체계의 거부반응을 일으키는 유전자를 제거하고, 대신 인간 유전자를 삽입했다.
 베넷 씨는 초기에 급성 거부반응 없이 정상적으로 의사소통을 하며 지냈으나 2개월 후 사망했다. MIT 테크놀로지 리뷰에 따르면 사망 원인은 돼지에게서 사람으로 전이된 돼지거대세포바이러스였다. 헤르페스바이러스의 일종으로 비염이나 폐렴 증상 등을 일으킨다. 연구진은 이식 전 돼지에게 바이러스가 있는지 검사했으나 당시 잠복 상태였던 바이러스를 걸러내지 못했다. 
 <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="0835f47f209dd8f2c5cba31919babce8bd0ffb8e26eb99f8df2521f7b5b39452" dmcf-pid="8hY3rtmegW" dmcf-ptype="figure">
 <img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/02/mk/20250702165403555rgqh.jpg" data-org-width="331" dmcf-mid="7jEhdIJqj0" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/02/mk/20250702165403555rgqh.jpg" width="658">
 </figure>
 메릴랜드대 연구진은 2023년 말기 심장병 환자인 로런스 포시트 씨(58)에게 돼지 심장을 또다시 이식했다. 당시 연구진은 "첫 번째 실패를 반복하지 않기 위해 이식에 사용한 돼지에 대해 정밀한 바이러스 및 세균 검사를 실시했고, 전에 하지 않았던 새로운 분석법으로 항체를 반복 검사했다"고 설명했다. 그러나 이번에도 환자는 6주 만에 사망했다. 초기에는 거부반응 없이 정상 활동이 가능했으나, 갑자기 상태가 악화된 것이다. 구체적인 사망 이유는 공개되지 않았다. 이 밖에도 많은 연구진이 이종이식 분야를 연구 중이다. 폐, 간, 췌장 등을 원숭이에게 이식하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이식받은 원숭이들은 보통 일주일에서 길게는 한 달까지 생존한다.
 반복되는 실패에도 불구하고 과학자들의 도전은 계속될 전망이다. 바이오기업 이제네시스(eGenesis)의 데이비드 쿠퍼 박사는 "대체 치료법이 꽤 희망적인데도 사람들이 죽도록 내버려두는 건 윤리적으로 용납할 수 없는 일이라고 생각한다"고 했다. 지난 2월에는 미국 식품의약국(FDA)이 제약 업체 유나이티드 테라퓨틱스의 돼지 신장 이식 임상시험을 승인했다. 레이 피터슨 부사장은 "6개월 이상 투석 치료를 받은 환자 6명을 선정해 임상시험을 할 계획"이라고 밝혔다. 
 인공장기 대안으로 급부상
 간이나 심장 같은 주요 장기를 직접 만들어내려는 연구도 활발하게 진행되고 있다. 이른바 '인공장기' 연구다. 이종이식의 거부반응이나 바이러스 문제가 쉽게 해결되지 않는다면, 환자 본인의 세포를 활용해 인공장기를 만들어 면역반응을 최소화해보자는 접근법이다. 기존의 장기이식이 타인의 희생과 운에 기대야 하는 제한적 해법이었다면, 3D바이오프린팅과 합성생물학, 줄기세포공학 등이 빠르게 발전하면서 대안으로 부상했다.
 인공장기는 크게 세 가지 개념으로 분류된다. 돼지 등 다른 동물에게서 유래한 이종장기, 환자의 세포를 이용해 장기를 개발하는 세포 기반 인공장기, 전자 기술을 융합해 인공적으로 만든 전자기기 인공장기 등이다. 이종이식에 사용되는 돼지 심장 등도 유전자 편집을 거쳤기 때문에 넓은 의미에서는 인공장기에 속한다.
 최근 주목할 만한 건 세포 기반 인공장기다. 3D바이오프린팅을 중심으로 세포 기반 인공장기 기술이 빠르게 발전하고 있다. 3D프린터에 생체적합성 물질, 즉 바이오잉크와 살아 있는 세포를 넣어 원하는 구조물을 출력하는(쌓아올리는) 방식이다. 3D프린터는 인공장기 이전에도 바이오의료 분야에서 활발하게 사용돼왔다. 주로 치과나 보청기 등 의료기기 산업에서 활용했는데, 환자의 구강이나 외이 구조에 딱 맞는 구조물을 만들어내기에 적합했기 때문이다.
 최근에는 3D프린터로 신장, 폐, 간, 혈관 등 주요 인체 기관을 만들어내는 수준까지 올랐다. 이는 바이오잉크의 발전 덕분이기도 하지만, 3D프린터 기술이 좋아진 덕도 있다. 3D프린팅은 잉크젯 방식, 레이저 보조 방식, 입출 방식 등 다양한 유형으로 나뉜다. 이들은 각자의 장단점이 있기 때문에 잘 조합한다면 복잡한 구조의 인공장기도 만들어낼 수 있을 것으로 과학자들은 보고 있다.
 예를 들어 압출 방식은 2차원 층을 적층해 3차원 구조를 만드는데, 다양한 점도와 세포 농도를 갖는 생체 조직을 인쇄하는 작업에 유용하다. 다양한 범위의 생체 재료를 사용할 수 있고, 필요에 따라서는 생성물의 강도를 높일 수도 있다. 반면 레이저 방식은 빠른 작업이 가능하지만 주로 점도가 높은 생체 재료를 인쇄하는 데 쓰인다. 만들고자 하는 인공장기에 따라 필요한 3D프린터 기술이 다른 것이다.
 현재까지 3D프린터를 이용해 상용화에 가장 가까워진 인공장기(조직)는 피부와 각막, 방광이다. 피부는 비교적 구조가 단순해 이미 상업적으로 제작돼 화상 환자 치료 등에 쓰이고 있다. 
 김병수 부산대 의생명융합공학부 교수팀은 3D프린터를 이용해 피부 표피층 제조 기술을 개발했고, 대량생산까지 가능하다는 연구 결과를 2023년에 이미 발표한 바 있다. 연구진은 각질세포를 포함한 젤라틴을 바이오잉크로 사용했다. 이를 피부 위치에 프린팅하면 젤라틴은 녹아 없어지고 각질세포로만 이뤄진 단일층이 피부 위에 남아 기존의 피부를 대체하게 된다. 
 [최원석 기자]
 </section> 
 </div> 
 Copyright © 매일경제 &amp; mk.co.kr. 무단 전재, 재배포 및 AI학습 이용 금지

등록된 댓글이 없습니다.

로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.

먹튀폴리스

돼지 심장 이식하고 3D프린터로 만들고 인공장기, 인류의 희망이 되다

멤버랭킹

관련자료

멤버랭킹