바이오 인공장기의 미래 2017년 기술영향평가 결과보고

신장 이식과 췌장 이식이 함께 이뤄진 경우도 있다. 제1형 당뇨병은 당 분해 호르몬(인슐린)을 분비하는 췌장이 제 기능을 하지 못해 생기는 병이다. 당뇨병은 신장을 망가뜨리는데, 당뇨병 환자가 신장을 이식받더라도 췌장이 제 기능을 하지 못하면, 신장이 다시 나빠지기 때문에 신장과 췌장의 동시 이식이 수행되었다. 1966년 미국 미네소타 대학의 릴리하이(Richard lillehei)와 켈리(William Kelly)는 세계 최초로 신장과 췌장을 동시에 이식하는 수술을 수행했고 성공했다. 신장 이식이 발전하면서 의사들은 간 이식에도 도전했다. 간은 신장보다 훨씬 크고 다루기 어려울 뿐 아니라, 혈액 공급이 중단되면 금방 망가지는 장기다. 또한 신장 이식은 투석 기계의 도움을 받으면 이식받은 신장이 제대로 역할을 할 때까지 환자가 생존할 수 있지만, 간은 이식받은 즉시 제 기능을 하지 않으면 환자가 사망하게 된다. 미국의 토머스 스타즐과 영국의 로이 칼느는 1963년 각각 간 이식을 시도했지만 두 환자 모두 면역거부반응으로 사망했다. 토머스 스타즐은 1967년 간 이식에 다시 도전했고, 결국 환자를 1년 이상 생존시키는 데 성공했다. 이후 꾸준한 연구로 간 이식 수술 기법이 발전했고, 수술에 성공하는 사례도 많아졌다. 간 이식 환자들의 생존율은 획기적으로 높아진 것은 1983년 면역억제제인 ‘사이클로스포린’이 개발되면서부터다. 현재는 간 이식 환자의 90% 이상이 일 년 이상 생존해 많은 환자들이 완전히 건강을 회복하고 있다. 한편 1989년 호주에서 건강한 어머니의 간 일부를 아픈 아들에게 이식하는 수술이 성공한 이후xi. 현재는 주로 생체 간 이식 수술이 행해지고 있다. 폐 이식은 1963년 미국 미시시피 대학에서 제임스 하디(James Hardy), 와트 웹(Watts Webb) 등에 의해 처음 시행됐지만, 수여자가 18일 만에 사망했다. 이후 15년간 폐 이식 역사에서 제일 오랫동안 산 사람이 6개월일 정도로 모두 성공적이지 못했다. 폐는 지속적으로 외부와 접촉하는 장기이기 때문에 면역거부반응을 제어하기 힘들다. 최초의 성공적인 폐 이식 사례는 1983년 캐나다 토론토의 조엘 쿠퍼(Joel D. Cooper)에 의해 시행된 것이라고 할 수 있다. 살아있는 사람끼리의 폐 이식은 1993년 미국에서 처음 이뤄졌고, 우리나라에서는 2017년 10월 최초로 시행됐다. 고형장기 이식이 어려웠던 또 하나의 이유는 면역거부반응 때문이다. 면역거부반응이란, 인체의 면역체계가 이식되는 장기를 외부 물질(Non-self : 비자기)로 생각해 이를 파괴하는 현상이다. 오랜 옛날부터 시도된 피부 이식도 다른 사람의 것으로 했을 때는 실패 확률이 무척 높았다. 각막 이식이 비교적 일찍 성공한 것은 우연이 아니다. 면역거부는 백혈구를 통해 일어나는데, 각막은 무혈관성 조직이기 때문에 다른 장기 이식에서 필요한 기증자와 수혜자 간 조직형 일치 정도가 수술 결과에 영향을 주지 않았던 것이다. 면역거부반응을 처음으로 연구한 사람은 영국의 과학자 피터 메더워(Peter Medawar)다. 그는 1943년 토끼의 피부를 다른 토끼에게 이식하는 연구를 통해 심한 거부반응이 나타나는 것을 발견하고, 이를 면역반응 때문이라고 주장했다. 또한 쌍둥이 소의 피부 이식 실험을 통해 쌍둥이처럼 태아 시절 세포 교환이 이뤄질 경우 면역거부반응을 일으키지 않는 ‘면역 관용(면역학적 내성)’이 일어남을 밝혀냈다. 그는 이와 관련된 연구로 1960년 노벨생리의학상을 수상했다. 1950년대에 이르러 과학자들은 면역에 대해 더욱 많은 것을 알게 됐다. 우리 몸이 외부에서 유래한 조직이나 장기를 거부하는 매우 복잡한 방어체계를 갖추고 있음을 하나둘 알게 된 것이다. 1954년 니컬러스 에이브리언 미치슨(Nicholas Avrion Mitchison)은 백혈구의 일종인 림프구들이 이식한 장기의 거부반응을 이끄는 주범임을 알아냈다. 오스트레일리아의 의사이며 생물학자인 프랭크 맥팔레인 버넷(Frank Macfarlane Burnet)은 림프구가 외부 물질을 공격하는 후천적 면역의 비밀을 밝혀냈다. 또한, 1958년 프랑스의 장 도세(Jean Baptiste Gabriel Dausset)는 인간세포에 조직적합항원(HLA: Human Leukocyte Antigen)단백질이 있다는 것을 세상에 알렸다. 우리 몸의 면역체계가 이식거부반응을 유발한다는 사실이 알려지면서, 이식 수술을 할 때 면역체계를 약화시켜 거부반응을 줄이는 시도도 이뤄졌다. 처음에는 방사선을 쬐어 골수를 모두 파괴시키는 방법으로 면역반응을 감소시키려 했다. 그러나 사소한 감염에도 병에 걸리는 등 환자에게 극심한 부작용이 나타나 옳은 방법이 아님을 깨달았다. 그러던 중 1959년 로버트 슈워츠(Robert Schwartz)와 윌리엄 다메섹(William Dameshek)이 6-메캅토퓨린(6-mercaptopurine)이라는 물질이 면역세포의 활동을 억제한다는 사실을 밝혀내면서 ‘면역억제제’ 개발이 시작됐다. 1960년대 초반 영국의 로이 칼느(Roy Calne) 박사는 ‘롤리팝’이라는 개에게 신장 이식수술을 하면서 면역억제제 ‘아자티오프린(Azathioprine)’ 이라는 약을 사용했고, 수술은 성공적이었다. 이는 혈연 관계가 없는 다른 개의 신장을 이식하여 성공한 최초의 사례였다. 1964년 미국의 토머스 스타즐(Thomas Starzl)은 아자티오프린과 함께 스테로이드제를 사용하여 이식 환자의 거부반응을 크게 줄일 수 있었다. 개인의 세포를 이용한 바이오 인공장기가 개발된다면 동종장기 이식에서 일어날 수 있는 면역거부반응에서 자유로워질 것으로 기대된다. 동종장기 이식에서는 자가 이식이나 일란성 쌍둥이 간 이식이 아닌 이상 항상 면역거부반응이 일어나기 때문이다. 이를 막기 위해 면역억제(immunosuppression)를 시도하지만 이로 인해 발생할 수 있는 부작용도 있다. 정상적인 면역반응이 일어나지 않기 때문에 일반인들은 걸리지 않는 바이러스(CMV: Cytomegalovirus, EBV: Ebstein-Barr virus)나 박테리아(결핵균Mycobacterium tuberculosis, 폐렴균Streptococcus pneumoniae 등)에 쉽게 감염될 수 있고, 면역력 감소로 합병증이 발생하는 등의 위험 또한 감수해야 한다. 바이오 인공장기는 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 먼저 ‘이종장기’ 기술이란 인간의 조직 및 장기를 대체하기 위해 특수하게 개발된 동물의 조직 및 장기를 인간에게 이식하는 기술을 말한다. ‘세포 기반 인공장기’는 세포 및 생체재료(biomaterial)ii.를 이용하여 장기를 개발하고 대체하는 기술이다. 마지막으로 ‘전자기기 인공장기’는 바이오 및 전자기계기술을 융합하여 만든 장치로, 손상된 장기나 조직의 기능을 대체하는 것이다. 현재 널리 쓰이고 있는 단순 기계장치의 경우, 미래의 파급효과를 평가하는 기술영향평가의 목적과는 맞지 않아 제외했다. 단순 지지대 역할을 하는 구조물이나 보형물도 평가 대상에서 제외했다. 하지만 최근 생체 시스템과 상호작용하는 형태로 발전해나가고 있는 전자기기 인공장기의 경우 포함하기로 했다.