바이오 인공장기의 미래 2017년 기술영향평가 결과보고

이식용은 아니지만 피부 모델 마이크로칩 개발도 진행 중이다. 2017년 서울대병원에서는 1cm 크기의 실리콘 위에 인체 세포를 키워 피부 마이크로칩 개발에 성공했다. 이를 이용해 피부의 정상 상태, 염증 상태 및 약을 투여한 상태에서 각각 세포가 어떻게 결합하는지 알아볼 수 있으며, 알레르기 반응이나 자외선 손상 정도를 측정할 수 있다. 세포 기반 인공장기 기술을 이용해 인공혈관도 만들고 있다. 1949년 쿤린(Kunlin)이 환자의 정맥을 떼어내어 동맥으로 사용한 이래, 인공혈관을 개발하고자 하는 노력은 계속되어 왔다. 현재는 폴리에스터(Dacron)와 고어텍스(Gore-Tex, 화학명으로는 폴리테트라플루오로에틸렌 expanded polytetrafluoroethylene)가 주로 쓰인다. 그러나 기존에 개발된 인공혈관은 직경이 3mm 정도로 크고, 필요한 길이나 형태로 제작할 수 없다는 한계가 있었다. 또한 인공혈관이 인체의 혈관과 연결되는 부위가 자연스럽지 않아 피가 엉기는 바람에 피떡(혈전)이 생기거나, 연결 부위가 인체의 재생 작용에 의해 지나치게 성장하는 부작용이 생기곤 한다. 인체가 성장하면 그에 따라 혈관을 교체해줘야 하는 어려움도 있었다. 이를 극복하기 위해 최근 세포 및 3D 프린팅 기술을 활용한 맞춤형 혈관 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 미국 미네소타대학교는 2016년 9월 양의 피부 세포로 만든 특수 인공혈관을 생후 5주 된 어린 양에 이식하였고, 양이 성장해가면서 인공 혈관도 함께 자라게 하는 데 성공했다. 양의 피부 세포를 특수 튜브에 넣고, 세포 성장에 필요한 각종 영양소를 투여하여 혈관의 모양으로 세포 침착을 유도하는 방식을 사용했다. 가톨릭대 서울성모병원에서는 2017년 1월 3D 바이오 프린팅으로 죽은 심근 조직에 혈관이 생성되도록 돕는 심근 패치를 개발했다. 이 심근패치는 심장 줄기세포와 성체 줄기세포 종류인 중간엽 줄기세포를 3D 바이오 프린팅으로 이중배열하고, 내부에 혈관내피 성장인자를 넣는 방식으로 개발한 것이다. 서울대학교 바이오이종장기개발사업단은 2016년 12월 돼지의 췌도를 원숭이에게 직접 이식하는 데 성공해 안정성과 효능을 입증했다. 또한 캡슐을 이용하지 않고 췌도를 사람에게 직접 이식할 수 있는 WHO의 조건을 세계에서 유일하게 충족했고, 2018년 하반기에 세계 최초로 당뇨 환자 2명에게 이식 수술을 할 계획이라고 밝혔다. 돼지의 각막을 원숭이에게 이식하는 실험은 상당히 좋은 결과를 보이고 있다. 세계적으로 3년까지의 생존율을 보이는 경우도 보고됐다. 우리나라에서도 각막 전체를 원숭이에게 이식하는 수술에 성공했다. 농촌진흥청과 건국대병원 연구팀은 이종 이식용 돼지 ‘믿음이’의 각막을 필리핀 원숭이에게 이식시켜 약 8개월 동안 정상적으로 기능이 유지되는 것을 확인했다. 이는 면역억제제 없이 안약만으로 200일 넘게 정상 기능을 유지한 국내 첫 사례이다. 중국 정부는 지난 2015년 4월부터 돼지 각막 판매를 승인하여 2016년에는 14세 소년이 돼지 각막을 이식받았으며, 2017년에는 27세 청년이 돼지 각막을 이식받아 시력이 0.3까지 회복됐다. 중국의 돼지 각막 이식은 면역반응을 줄이기 위해 각막 전체가 아닌 세포가 존재하지 않는 일부 조직을 대상으로 이뤄지고 있다. 인공자궁은 배아 착상, 태아 성장, 출산까지 모든 부분을 총괄적으로 진행할 수 있는 유전학, 조직공학, 생체공학, 나노공학이 합쳐진 첨단 과학의 밀집체다. 현재 인공자궁은 동물 단계에서 연구 중이다. 미국 코넬대학교에서는 2002년 자궁 내막에서 채취한 세포로 인공자궁을 만들고, 쥐의 배아를 이식하여 다시 성인 쥐에게 이식하는 단계까지 성공했다. 미국 노스웨스턴대학교 의대는 2017년 5월 3D 프린터로 만든 인공난소에 난포 세포(난자로 자랄 수 있는 세포)를 붙여 암컷 쥐에 이식 한 뒤, 수컷 쥐와 교배를 통해 건강한 새끼를 출산했다고 발표했다. 한편, 노스웨스턴대는 2017년 3월 세계 최초로 나팔관, 자궁, 자궁경부, 난소, 간 등 살아있는 조직이 개별적으로 담긴 이바타(Evatar) 시스템도 개발했다. 이바타 시스템은 인간의 월경 주기를 흉내 내는 칩 위의 미니 생식계라고 할 수 있다. 나팔관과 자궁, 자궁경부는 기증받은 인간의 조직, 난소는 생쥐의 조직, 간 조직은 인간에게서 채취된 것을 사용한 이 시스템은 각 조직의 반응을 쉽게 관찰할 수 있어 자궁질환이나 치료제 개발, 피임약 실험에 활용될 것으로 기대된다. 신장 기능을 대체할 수 있는 전자기기 인공장기는 현재 혈액 속의 특정한 독소 물질만 제거해주는 혈액 투석기 형태로 개발되어 사용되고 있다. 혈액 투석 방법은 1924년 독일의 조지 하스(George Haas)에 의해 처음 인간에게 시도됐고, 2차 세계대전 말인 1943년 네덜란드의 콜프(Willem Kolff)가 셀로판 막을 사용한 회전 드럼 투석기(rotating drum dialyser)를 개발함으로써 상용화됐다. 그러나 혈액 투석을 위해서는 환자가 주 12시간 이상 병원에서 보내야 하고, 투석기 연결을 위해 혈관 수술을 해야하기 때문에 미관상의 문제가 생긴다. 그래서 신장을 완전히 대체하는 체내 이식형 인공신장을 개발하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있다. 미국 캘리포니아대학(UCSF)과 클리블랜드 클리닉, 오하이오 주립대학 등 미국의 10개 관련 전문가팀은 2010년부터 사상 최초의 이식용 인공신장을 개발하고 있다고 밝혔다. 2017~2018년 중 임상시험을 목표로 개발 중인 인공신장은 생물 반응기(bioreactor)와 실리콘 바이오 필터(biofilter)로 구성되어 있어 혈액으로부터 독성 물질을 걸러낼 뿐 아니라 신장의 대사 기능과 수분 조절 기능까지 함께 수행할 수 있다고 한다. 췌장의 인슐린 분비 이상으로 앓게 되는 당뇨병은 합병증을 일으켜 신장까지 망가뜨린다. 이처럼 당뇨 합병증으로 췌장과 신장의 기능을 잃은 환자들을 위한 전자기기 인공장기도 개발되고 있다. 현재 전자기기 인공췌장 형태로 쓰이고 있는 제품들은 대부분 몸에 착용할 수 있는 인슐린 펌프 형태로, 3일~7일마다 혈당 센서를 바꿔주고 인슐린을 충전해야 하는 한계를 가진 제품들이다. 예를 들어 미국의 의료기기회사 메드트로닉(Medtronic)이 만든 미니메드(MiniMed)는 소아 제1형 당뇨병 환자를 위한 인공췌장으로 판매 승인됐다. 하지만 약 12시간마다 인슐린 투여량을 조절하고, 1주일마다 혈당 센서를 교체해야 하며, 3일마다 인슐린을 충전해야 한다. 현재 세계 여러 나라에서는 기존보다 작고 가벼우며 정보 전송과 진단 및 치료가 동시에 이뤄지는 융복합 인공췌장을 만들고자 연구를 계속하고 있다. 바이오 인공장기 이식 과정에서 합병증이 일어나지 않으리라는 보장도 없다. 동종장기를 이식할 때도 위장관 합병증(점막염, 구토, 복통, 설사, 혈변, 맹장염 등)이 종종 일어난다. 바이오 인공장기 이식에도 이러한 합병증이 일어날 가능성이 있으며, 문제점을 해결하지 못한다면 이식 환자들의 삶의 질은 오히려 저하될 수 있다. 바이오 인공장기 기술의 상용화 초기에는 이식된 장기와 기존 신체 기능과의 부조화로 인한 부작용이 나타나는 등, 새로운 건강 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어 고령 환자가 바이오 인공심장을 이식받았다고 해 보자. 이식받은 바이오 인공심장은 20대나 다름없이 힘차게 뛰지만 다른 주요 장기의 기능이나 근력·외모 등은 그대로일 것이다. 이런 부조화는 생리적 부담을 줘 부작용을 일으킬 수도 있다. 또한 여러 장기를 교체해 전체적인 신체 기능이 좋다졌다고 해도 뇌가 그대로라면, 인지 및 사고 능력과 신체 능력의 균형이 맞지 않아 문제가 생길 수도 있다. 이처럼 발생 가능한 여러 가지 문제점들을 신중하게 고려해 기술을 적용할 때, 사회에 대한 기술의 부정적인 영향이 최소화될 수 있을 것이다. 바이오 인공장기 이식과 회복 과정에서 문제가 발생한다면 삶의 질은 반대로 떨어질 수 있다. 이식 수술 후 재활 기간이나 일상으로 복귀하는 데 걸리는 시간이 예상보다 길어질 때도 그렇다. 이식된 바이오 인공장기에 기능적 문제가 발생하거나 예측치 못한 합병증이 발생할 때도 환자는 괴로움을 겪을 것이다. 이식 후에 특정 음식물을 먹지 못하거나 특정 활동을 하는 데 제약을 받을 수도 있고, 거부반응이나 부작용을 막기 위한 약물을 계속해서 복용해야 할 수도 있다. 기술 개발초기에 발생할 수 있는 이러한 상황들은 바이오 인공장기 사용자의 삶의 질을 떨어뜨릴 수 있는 요인이다. 예를 들어 이종장기의 경우 장기 이식에 의한 면역거부반응이나 동물 유래 바이러스로 인한 감염같은 부작용이 일어날 수 있다. 신종 감염병이 발생할 위험은 이종장기 이식을 위한 장기 적출과 처리, 운송 과정 전반에 존재한다. 바이오 인공장기로 인해 생길 수 있는 또 다른 사회적인 문제로 편견과 차별을 들 수 있다. 기술 상용화 초기에는 바이오 인공장기 이식 환자들에 대한 이해 부족과 편견으로 사회적 거부감이 형성될 수도 있을 것이다. 인간은 아직 잘 알려지지 않은 것에 대해 동경과 함께 막연한 공포와 거부감을 가진다. 따라서 바이오 인공장기 기술이 널리 사용되지 않은 시기에는 바이오 인공장기를 이식한 이들에 대해서도 뚜렷한 과학적 근거 없이, 기존의 인식틀로 상상하고 판단해 편견을 가질 가능성이 있다. 특히 동물의 장기를 사람에게 이식하는 이종장기 기술의 경우 인간 정체성에 대한 논란과 함께 거부감이 크게 나타날 수 있다. 전자기기 인공장기나 세포 기반 인공장기의 경우에도 기술이 보편화되기 이전에는 편견 어린 시선을 받을지도 모른다. 이로 인해 취업이나 결혼, 보험 가입 등 사회 활동에서 차별을 받는 등 새로운 사회 문제가 발생할 수 있을 것이다. 그러나 이 같은 현상은 기술의 안전성이 점차 확보되고, 더 많은 사람이 기술을 활용하면서 올바른 정보가 함께 퍼지면 점차 해소될 수 있을 것이다. 기술의 사회적 영향을 따질 때 빼놓을 수 없는 것이 사회 구성원 삶의 질에 미치는 영향이다. 삶의 질은 건강에 의해 크게 좌우된다. 따라서 건강수명을 향상시킬 수 있는 바이오 인공장기 기술은 국민 삶의 질과 행복도를 높일 수 있을 것으로 기대된다. 특히 오랜 기간 장기부전으로 고통 받던 환자에게 바이오 인공장기 기술은 삶의 질 향상에 크게 기여할 것이다. 장기부전 환자에게 장기이식은 궁극적인 치료법으로, 만성질병으로 인한 장기부전을 극복할 수 있는 희망이 될 것이기 때문이다. 바이오 인공장기 이식으로 건강을 되찾은 이들은 일터로 복귀해 경제적 능력을 회복하고 보람을 찾을 수 있으며, 투병으로 잃었던 다양한 사회적 기회를 누릴 수 있을 것이다. 환자의 보호자들도 본래 삶의 자리로 돌아가 경제력 회복, 소속감 증대 등을 통한 행복을 되찾을 수 있을 것이다.