생활 속 바이오(33) 신장을 닮은 줄기세포신장; 인공장기 시대의 도래 (생체모방)

우리 몸의 노폐물을 걸려내는 신장은 등양쪽에 1개씩 2개가 있다. 혈액중의 노폐물을 걸르는 것이 주요 기능이다. 이 기능이 망가지면 인공장기를 생각해야 한다

 

 

신혼부부의 그늘

 

내가 살던 아파트의 맨 윗층에는 신혼부부가 살고 있었다. 부부는 요즘 젊은이답지 않게 인사 잘하고 밝아서 같은 라인의 사람들과 잘 어울렸다.

남자는 가끔 같이 테니스도 치고 할 정도로 운동도 좋아하고 건강했다. 어느 날부터 인가 새댁의 얼굴에 그늘이 지기 시작했다. 며칠 후 남편이 신장을 형에게 이식했다는 소식을 들을 수 있었다. 형이 신장병을 앓기 시작했고 병원에서 이런 저런 치료를 하였지만 나빠져서 마지막으로 신장이식 수술을 받았다는 것이다. 남자는 수술 후 한 두달 지난 후부터 다시 정상적인 생활을 하기 시작했고 조금씩 테니스도 치기 시작했다. 주위에서 들려오는 신장이식 수술, 그것도 가족 간의 장기이식은 많은 생각을 하게한다.

 

신장은 몸 안의 노폐물을 거르는 필터장치이다. 이 신장이 제대로 일을 하지 못하면 몸의 혈액에 쌓인 노폐물이 독소가 되기 시작한다. 시급히 해결하지 못하면 사망에 이르는 무서운 병이 신장부전증, 즉 신장이 작용을 하지 못하는 병이다.

 

여러 가지 해결방안이 있지만 현재 가장 바람직한 것은 신장이식이다. 다른 사람의 신장을 하나 떼어내서 넘겨주는 수술이다. 면역적으로 적합한 신장을 모르는 사람에게 찾기도 힘들지만 무엇보다 기다리는 사람이 많다는 것이 문제이다. 공급의 절대 부족현상이다. 당연히 가족 간에서 일치할 확률이 많다. 선뜻 장기를 떼어주겠다는 것은 쉬운 일이 아니다. 많은 고민을 하고 또 강요할 수도 없는 일이지만 우리나라는 가족 간의 친밀감이 높은 나라여서서 다른 나라보다 10배나 높은 가족 간 장기 이식율을 보이고 있다.

 

하지만 평생 같이 살아야 할 남편의 신장을 떼어낸다는 사실은 윗층 새댁에게는 보통 일이 아니다. 우리는 같은 경우에 그런 선택을 쉽게 할 수 있을까?

 

인공투석은 혈액속의 노폐물을 작은 다공성관을 통과하면서 걸러낸다. 혈액이 굳지 않도록 헤파린을 첨가한다

 

고장난 장기를 고칩니다

 

장기이식의 대안은 무엇인가? 고장 난 신장을 해결하는 방법은 크게 4가지 이다. 첫번째는 기계를 사용하여 신장의 역할을 대신하는 투석을 하는 것이다. 두번째는 친척이나 다른 사람의 장기를 이식받는 방법, 그리고 세번째로 다른 동물의 장기를 사용하는 방식, 마지막으로 줄기세포등을 사용하여 외부에서 인공적으로 신장을 만든 후에 인체에 사용하는 방법이다

 

첫번째 기계적으로 유사한 기능을 갖는 장기를 만드는 방법이다. 인공신장의 경우는 얇은 막을 사이에 두고 한 쪽에 혈액이 흐르고 다른 편에는 맑은 용액이 흐른다. 막으로는 작은 분자만이 지나가고 적혈구등의 세포는 지나가지 못해서 작은 크기의 노폐물만 제거된다. 하지만 이렇게 해서 노폐물이 완전히 제거되지는 않고 효율도 10-20%에 머문다. 게다가 주3회 4시간씩 기계에 묶여서 혈액을 거르는 일은 무척 힘든 일이다. 이런 인공신장은 말기신부전증환자에게 다른 대안이 없는 경우 사용되는 방법이다.

이 같은 인공신장은 인공장기 중에서도 가장 먼저, 그리고 활발하게 사용되었다. 그 이유는 외부에서도 피를 펌프로 돌리면서 거르는 것이 가능했기 때문이다. 두 번째로 많이 연구되는 인공기계 장기는 인공심장이다.

인공심장은 심장의 펌프역할을 할 수 있도록 만들어졌다. 공기를 사용하여 막을 밀어내거나 전기적으로 막을 움직여서 피를 돌리는 펌프의 역할을 한다. 응급수술실에서는 이런 기기를 사용해서 피를 돌리는 일을 하지만 이것으로 평생 살아가야하기 때문에 너무 힘든 일이다. 펌프를 대신할 기계를 늘 가지고 다녀야하기 때문이다. 최근 그 크기를 많이 줄여서 등에 메고 다닐 정도의 6kg까지 소형화 했지만 평생 배낭을 메고 산다는 것은 또한 어려운 일이다. 기계적 인공심장은 내부에 피 같은 물질들이 엉겨 붙는 문제, 보수를 해야하는 문제등이 사용을 쉽지 않게 한다. 하지만 다른 대안이 없는 상황에서는 최선의 방법이라 할 수밖에 없다.

 

앞의 기계적 인공장기보다도 훨씬 경과가 좋은 것은 물론 정상적인 사람의 장기를 이식받는 일이다. 가장 큰 어려움은 공급이 적다는 것이다. 살아있는 사람의 장기를 사용해야하기 때문에 이를 공급하는 사람은 미리 약속이 되어 있어야 한다. 두 개가 있어서 하나를 떼어주어도 살아가는데 큰 지장이 없는 신장의 경우나 간의 일부를 떼어주는 수술은 많이 시행된다. 따라서 신장, 간의 순서로 수술이 많다. 장기를 제공하는 사람은 가족이나 모르는 뇌사자의 경우인데 우리나라의 경우 가족간의 끈끈함으로 가족의 장기기증이 높다. 뇌사자의 경우 장기이식에 의한 신체훼손의 심리적 장벽이 뇌사자의 장기제공의 걸림돌이 되기도 한다. 예전부터의 전통, 즉 신체는 부모로부터 받은 것이라 훼손하면 안된다는 생각으로 신체의 일부라도 손을 대는 일에 극력 반대했었다. 상투를 자르느니 목을 자르라는 마음을 가진 한국사람 들에게 장기를 몸에서 떼어낸다는 일은 쉬운 일이 아니다.

 

장기이식의 성공율은 90%에 가깝다. 이 수술은 장기간의 혈관을 연결하는 손기술이 중요하다. 한국사람들의 젓가락 손재주가 이런 고도의 수술에서 진가를 발휘한다. 이런 좋은 기술과 결과도 기증하는 장기가 부족하다면 장기로 고생하는 사람들의 갈증을 풀어주지는 못한다. 이런 실정이니 불법으로 장기를 거래한다는 광고가 병원화장실에 붙어있거나 납치를 해서 장기를 적출한다는 무시무시한 이야기가 떠도는 까닭이기도 하다. 무엇보다 현실적으로 중국으로 장기이식을 받으러 간다는 사람들의 이야기가 이런 기증 장기부족 현상을 이야기하고 있다. 장기이식을 기다리는 일은 죽음을 앞에 둔 일만큼이나 어려운 일이다. 신장이식이 필요한 사람의 15%만이 그나마 장기이식의 기회가 있는 편이고 나머지는 기다리다가 지쳐서 죽는 안타까운 현실이다. 이런 상황이 하루 아침에 좋아질것이 아니라면 다른 방법이 필요하다.

 

돼지, 인간을 구원하다

 

말기신장환자가 선택할 수 있는 방법은 앞에서의 인공장기, 즉 혈액투석기를 사용하는 법, 그리고 다른 사람에게서 신장을 이식받는 방법이 지금 가능한 방법이다. 최근 연구가 진행되고 있는 두 가지 방법이 말기신부전증 환자에게 희망을 주고 있다. 하나는 다른 동물의 장기를 이용하는 방법이다. 이종(異種) 장기의 이용은 최근 급물살을 타고 있다. 돼지가 삼겹살에서 사람을 살리는 황금돼지로 탈바꿈하고 있다. 두번째 방법은 줄기세포를 이용하여 외부에서 인공신장을 만드는 방법이다.

 

미국에서는 신장이식의 경우 6-7년을 기다려야하고 게다가 면역적으로 적합한 기증자를 만나기가 쉽지않다. 이렇게 공급이 절대적으로 부족한 상황에서 사람의 장기를 인간과 유사한 동물에서 구하려는 노력은 어쩌면 당연한 바램일 것이다. 사람과 가장 비슷한 동물은 무엇일까? 물론 원숭이, 고릴라 같은 유인원이다. 하지만 사람의 장기를 사용할 수 있는 동물로 가장 적합한 동물은 놀랍게도 돼지이다. 돼지가 인간을 구할 구원자로 선정된 까닭은 몇 가지 이유에서이다.

우선 돼지는 장기의 위치, 모습등 여러가지 특성이 사람과 제일 유사하다. 물론 돼지같다는 말을 가장 심한 욕설이기는 하지만. 돼지는 우선 치명적인 인간의 질병이 없다. 원숭이에서 나타나는 에이즈바이러스 같은 것이 없다는 것이다. 이는 오랫동안 사람과 함께 지내온 가축이라는 점에서도 알 수있다. 최근 돼지의 유전자를 완전히 해독한 결과 95%가 동일하다는 것이 밝혀졌다. 그러니 돼지같다는 말이 심한 욕이 아닐수도 있지 않을까

돼지가 우수한 다른 이유는 면역거부반응이 낮다는 것이다. 사람의 내부에 다른 물질이 들어오면 당연히 면역반응으로 제거한다. 장기는 다른 물질들이 덩어리로 있는 경우이니 당연히 면역적으로 전투가 일어난다. 즉시 혹은 장기적으로 다른 동물의 장기는 문제를 일으킨다. 돼지는 물론 이런 거부가 있지만 그 정도가 약하고 극복 될수 있다. 최근에는 면역적으로 문제가 되는 부분을 제거하는 연구가 성과를 보이고 있다.

 

또 하나의 장점은 돼지는 다량 사육이 가능하다는 것이다. 돼지우리를 연상하면 새끼돼지들이 어미에게 줄줄이 몰려서 젖을 빠는 모습이 떠 오르고 이발소에 걸려있는 그림의 대표이기도 하다. 다산의 대명사인 돼지는 5개월 정도 새끼를 배고 한번에 8-10마리까지 낳으니 그야말로 번식에 있어서는 선두주자이다. 이에 비해서 원숭이나 고릴라는 사람과 비슷한 6-9개월의 임신기간을 기다려야하고 한 마리에 그친다.

 

돼지의 장기 위치나 장기의 크기등의조건이 이식용 장기에 적합하다. 필요한 장기의 크기에 맞는 돼지를 고를 수도 있다. 요즘의 연구는 미니돼인데 여기에서 나오는 장기는 사람에게 적용할 적당한 크기이다. 또한 일반돼지와 달리 유전적 연구등이 많이 되어 있어서 미래의 인공돼지 장기를 공급할 최적의 동물이다. 미니돼지는 태어날때 찻잔 정도의 크기라 Teacup Pig라고 별명이 있지만 이제는 황금알을 낫는, 모셔야 하는 돼지가 되었다.

 

돼지도, 하지만 넘어서야할 벽들이 많이 있다. 우선 면역적으로 다른 장기를 사용하는데 따른 문제이다. 현재 두 개의 유전자가 중요하고 이를 제거한 미니돼지들이 등장했다. 또 하나의 문제는 돼지가 가지고 있는 바이러스이다. 흔히 내인성 바이러스라고 부르는 이 바이러스는 건강한 돼지에게는 문제가 없지만 다른 종에 들어갈 때는 무슨 일이 벌어질지 모른다. 망가베이 원숭이의 몸에서 큰 문제를 일으키지 않았던 에이즈 바이러스가 사람의 몸에 들어와서 면역계를 완전히 초토화시킨 것처럼 돼지의 장기를 통해 들어온 바이러스가 무슨 일을 할지 모르는 상황이니 이에 대한 철저한 연구가 절실하다. 내인바이러스는 상대방의 유전자에 들어가서 잠복해있기 때문에 위험성은 더욱 오리무중이라 하겠다.

 

이제 돼지는 더 이상 우리속의 돼지에 머물지 않고 인간의 장기를 공급하는 구세주로, 또는 새로운 달러박스로 변하고 있다. 물론 돼지가 만능이지는 않다. 공급할 수 있는 장기는 고형장기, 즉 심장, 간 등이지 내장, 피부등은 해당이 안된다. 현재 돼지에서 만들어 공급할 수 있는 가격은 약 2500만원으로 예측하고 있다. 이 정도의 가격이면 가히 금돼지라고도 할 수 있다. 하지만 저항도 만만치 않다. 우선 동물을 장기공급목적으로 키운다는 것에 대한 윤리적 문제가 있다. 하지만 식용으로 사용하는 가축의 현 상황과 비교한다면 그리 큰 장벽은 아니라 본다. 또 하나의 어려운 점은 한번 장기이식을 받으면 평생 면역억제제를 먹어야 한다는 것이다. 특히 초기에는 강한 면역거부반응이 나타나기 때문에 여러가지를 먹어야 한다. 문제는 이 면역억제제의 부작용이다. 면역의 감시장치를 끈 상태이니 온갖 병원균에 쉽게 노출이 된다. 장기이식의 어려운 면이다.

 

줄기세포를 신장 골격에다 붙여바른 다음 원하는 신장세포로 변화시켜 건강한 신장을 만들어 낼 수 있다.

 

줄기세포, 완전한 장기를 만들다

 

줄기세포는 원하는 세포로 변할 수 있는 능력이 있다. 만약 신장이 망가져있으면 신장의 골격위에 줄기세포를 키워서 신장세포로 변화시키면 된다. 이런 간단한 원리로 이제 인공장기를 만드는 것이 실용화가 되기 시작했다. 이 과정에서 중요한 것은 ‘틀, 즉 골격이 있어야 한다. 조각가가 사람의 머리상을 만들려면 먼저 철사등으로 머리의 틀을 만들고 여기에 석회등을 반죽하여 붙여나가는 것과 같다. 틀을 만들 경우 제일 좋은 것은 사람의 것을 그대로 사용하는 것이다. 예를 들어 폐의 공기출입구인 기관지를 만들려면 죽은 사람의 기관지에서 세포등을 화학적으로 완전히 제거한다. 이런 기관지에서 남아있는 콜라겐으로 이루어진 틀을 사용한다. 왜냐면 면역거부반응은 세포때문에 생기고 콜라겐은 문제가 없기 때문이다. 세포가 완전히 제거된 기관지에 마치 석회반죽을 붙이듯, 개인의 줄기세포를 표면에 발라서 키운다. 이렇게 만들어진 인공장기는 완전 본인의 줄기세포로 만들어져서 장기이식의 가장 큰 문제인 면역거부반응이 없는 것이다.

 

죽은 사람에게서 기관지를 얻는 것이 께름직하다면, 아니 얻기가 쉽지않다면 플라스틱으로 그 모양을 본 뜰수 있다. 물론 이 플리스틱은 시간이 지나면 분해되어 없어지는 생분해성 플라스틱이다. 정확한 틀을 만들기 위해서 켬퓨터를 사용하여 3차원으로 틀을 만들 수도 있다. 이 경우 틀에 아예 줄기세포를 섞어서 만들면 틀안에서 줄기세포가 잘라서 원하는 장기를 자라난다. 이런 틀을 이용하여 장기를 만드는 연구는 이미 오래전에 시작되었다, 줄기세포가 본격적으로 사용되기 전에도 틀을 이용하여 장기를 만드는 연구는 쥐에게 인간의 귀의 틀을 심어서 귀가 제대로 형성될수 있음을 보여 주었다.

 

오래 전 외화 중 ‘6백만 달러의 사나이’라는 영화가 있었다. 그 외화의 주인공은 사고로 잃은 팔과 다리를 로봇으로 개조해 괴력을 발휘해 악당들을 무찔렀다. 600만불을 들여서 인공다리, 인공팔등 인공장기를 가지고 빨리 달리기도 하고 힘도 무척 강해서 한 방이면 모든 악당이 날라가는 영화였다. 어릴 적 꿈으로만 꾸던 것들이 현실세계에서도 어느 정도 이뤄져 기계의 힘으로 움직이는 의족과 의수는 물론이고 인공심장과 인공신장까지 개발돼 생활의 편의와 인간의 수명연장에 도움을 주고 있다.

 

선진국 병으로 알려진 심장질환이 우리나라도 점차 증가추세에 있어 인간의 생존에 필수적인 인공심장에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 아직은 기술력등이 부족해 임시방편 정도로 밖에 사용하지 못한다고 전문의들은 강조한다. 무겁고 크기도 만만치 않은 인공심장을 사용하는 ‘600만불의 사나이’는 잘 달리지를 못할 것이다. 이제 인공심장도 완전 기계식이 아닌 진정한, 살아있는 장기로 만들어야 될것이다. 완전한 인공장기는 본인의 줄기세포로 만든 것이다. 면역거부문제도 없고 또 새로운 세포이니 마치 새로 태어난 아이의 장기같아서 고장도 안날 것이다.

 

다리가 절단된 환자의 경우 인공다리를 사용한다. 인공다리는 기계적으로 튼튼하다. 강철로 만들어서 잘 달리기도하고 또 잘 걷어 찰수도 있는 강한 다리가 된다. 여기에 피부를 입히면 어떻게 될까? 피부의 촉감이 있고 이것을 전달하는 신경도 살아있는 인공피부를 인공강철다리에 입힌다면 그야말로 완전한 사이보그, 즉 기계와 인간이 결합한 사람로봇 혹은 로봇사람이 태어날 것이다. 영화가 현실이 되는 것이다.

 

뇌는 사람의 것, 그리고 다른 부분은 로봇. 이런 사이보그의 시대가 그리 멀지 않았다. 인공장기, 맘대로 바꾸어끼는 장기가 자동차부속처럼 시대가 다가온다. 원하던 원하지 않던 과학은 인간의 꿈을 향해 달려간다. 그 꿈은 진시황의 꿈이었기도 하다. 바로 불멸영생의 꿈이다. 이 꿈이 이루어질까

 

진시황의 꿈은 모든 인간의 꿈이다. 2000년전 불로초를 찾기위해 한국에까지 사람을 보냈던 그 간절한 열망은 지금 우리 모두의 가슴속에 있고 죽어서도 다시 부활하고픈 종교에도 있다. 이런 꿈을 이룰수 있는 현실적이 방법이 있다. 바로 인간복제이다. 인간복제는 물론 금지되어 있다. 윤리적이유로 금지된 인간복제가 시행되면 인류는 엄청난 혼란에 빠진다. 우선 개개인의 특성이 사라지는 획일화시대가 된다. 같은 유전자를 가진 같은 사람이 수만명이 살아간다는 시대는 지옥이다. 히틀러가 인간청소를 앞세운 인간개량을 2차세계대전의 광란으로 몰고간것과 같은 인간개량의 광풍이 몰아칠것이다. 우량의 인간을 선택하고 재래의 인간이 멸종하는 시대가 올것이다. 그리고 가족이라는 개념이 완전히 사라질것이다. 나를 복제한 내가 지금의 가족에 더해지면 복제의 나와 지금의 나는 자식의 관계인지, 지금 가족과는 무슨 관계가 되는지 완전 혼돈의 시대가 된다. 이런 엄청난 파괴력으로 인간복제는 금지되어 있다. 하지만 인간복제가 가능할까? 복제의 원리는 간단하다. 나의 피부에서 세포를 하나 떼어낸다. 이 세포에는 나의 유전자가 다 들어있다. 다음 여성의 난자에서 그 사람의 유전자를 제거한 후 거기에 나의 유전자를 집어넣는다. 다음 이것을 여성의 자궁에서 키우면 태어나는 아기는 바로 나의 복제품이다. 이미 양의 복제가 성공해서 돌리가 태어났고 소, 개등의 복제가 성공했다. 기술적으로 가능한 것이 인간복제란 것이다.

 

진시황이 모든 권력과 돈을 가지고 지금 다시 태어난다면 사람을 한국에 보내지 않고 한국의 복제과학자를 납치할 것이다. 그리고 자기를 복제시킨다. 태어난 아기,즉 복제된 자기를 궁궐의 감추어진 장소에서 키운다. 진시황이 나이가 들어 심장이 고장나고 폐가 망가지면서 죽을때가 되면 복제인간을 데려온다. 이제 복제인간은 20대 청년이 되었다. 모든 장기는 튼튼하다. 피부도 건강하고 심장이 쾅쾅 뛰고 있다. 장기를 이식할 수도 있지만 아예 젊은 몸을 통째로 쓰기로 한다. 의사들을 몰래 불러서 자기의 뇌를 젊은 복제자에게 이식한다. 이제 뇌는 진시황 본인의 것이기에 진시황은 그대로 있다. 다만 몸이 젊을 뿐이다. 끔찍한 상상속의 이야기이다. 하지만 허황된 이야기는 아니다. 기술이 전혀 불가능하지는 않다. 물론 뇌를 완전하게 이식하는 기술은 지금 불가하지만 근본적으로 못할 이유는 없다.

 

이런 소설이 다만 소설에만 머물렸으면 하는 것이 개인적인 소망이다. 하지만 진시황이 보여준 인간의 꿈, 영생에의 유혹은 수천년전이나 지금이나 변함이 없다. 그게 인간이니까.