21세기 과학의 현주소

최신 생명공학 기사 인용

1. 노화를 막을 수 있다? 늙은 세포 젊게 되돌리는 원천기술 개발(출처: 한겨례신문, 2020.11.26자)

[KAIST 조광현 교수팀과 아모레퍼시픽 공동연구 결과, 종양 등 부작용 없이 젊은 세포로 되돌리는 실험 성공]

나이가 들어갈수록 피부 탄력이 떨어지는 현상을 늦추기 위해 콜라겐 섭취 등 다양한 노력을 기울이는 이들이 늘고 있지만, 세포 노화 자체를 막기 힘들다는 것이 그동안의 통설이었다. 그러나 국내 연구진이 노화 세포를 젊은 세포로 되돌리는 역노화 원천기술을 개발했다. 이는 피부 노화 현상뿐 아니라 각종 노인성 질환을 사전에 억제할 수 있는 치료제를 개발할 원천기술이라는 점에서 기대를 모은다.

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 조광현 ‘바이오및뇌공학과’ 교수 연구팀이 시스템생물학 연구를 통해 노화된 인간의 진피 섬유아세포를 정상 젊은 세포로 되돌리는 ‘역노화’의 초기 원천기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 진피는 피부 가장 바깥에 있는 표피 바로 밑에 있는 조직이다. 섬유아세포는 진피를 구성하고 있는 세포로 콜라겐 등의 단백질을 만드는 역할을 한다.

(픽사베이)

2. 세포를 조립해 성인 남성 미니 방광 만들었다(출처: 동아사이언스, 2020.12.17자)

국내 연구팀이 세포 하나하나를 모방해 성인 남성의 작은 방광 구조를 개발했다. 실제 사람의 장기 구조와 기능에 가까워 향후 신약개발과 인공장기 연구에 성큼 다가섰다는 평가를 받고 있다. 신근유 포스텍 생명과학과 교수와 구자현 서울대병원 교수 연구팀은 성인 남성의 방광 구조를 정확히 모사한 미니장기를 개발했다는 연구결과를 국제학술지 네이처 16일자에 발표했다.

흔히 오가노이드로 불리는 미니장기는 줄기세포를 시험관에서 키워 사람의 장기 구조와 같은 형태로 구현한 것을 뜻한다. 같은 형태인만큼 인공 장기를 만들거나 신약개발을 위한 선제적 실험체가 될 수 있다. 하지만 지금까지 개발된 미니장기는 그 구조를 정확하게 모사하지 못했다. 상피세포와 주변 기질층, 바깥의 근육세포 등이 제외된 재현에 그쳤다.

연구팀은 정확한 구조 모사를 위해 장기 내 세포 하나하나를 모사하는 방법을 착안했다. 신 교수는 “우리 장 기내 다종의 세포가 있다”며 “다종의 세포들을 따로 모아서 줄기세포를 이용해 성장시킨 후 따로 모아 조합했다”고 설명했다. 이어 “단순한 생각이지만 이런 생각을 한 다른 연구팀은 없었다”며 “미니장기의 이름도 오가노이드가 아닌 ‘조합’이라는 뜻을 담고 있는 ‘어셈블로이드’라 지었다”고 덧붙였다.

(인간방광의 세가지 조직 레이어 구조를 완벽히 갖춘 조립형 인간 장기인 방광 어셈블로이드. 포스텍 제공)

3. 죽은 폐 살리고 정자 세포 만들고… 현실로 다가온 ‘실험실 생명 창조’(출처: 서울신문, 2020.7.15자)

미국 컬럼비아대 의생명공학과, 컬럼비아대 의대, 밴더빌트대 의대, 스티븐슨 기술연구소, 서던캘리포니아대 의대, 스탠퍼드대 의대 공동연구팀은 이식할 수 없을 정도로 손상된 폐를 돼지의 순환계에 연결해 회복시킬 수 있다는 연구 결과를 의생명공학 분야 국제학술지 ‘네이처 메디슨’ 7월 14일자에 발표했다.폐 손상이 심각해 기능을 잃게 되면 폐 이식을 고려하게 되지만 이식용 장기를 구하기 쉽지 않다. 이식을 위해 기증된 폐는 쉽게 손상돼 70~80%는 폐기되는 것으로 알려졌다. 기계장치를 연결해 이식용 폐의 기능을 되살리는 방법이 있기는 하지만 소생 확률은 낮은 편이다.

이에 연구팀은 이식 불가 판정을 받은 사람의 폐 5개를 기증받아 마취한 돼지의 순환계와 24시간 연결한 뒤 관찰했다. 돼지의 피가 폐로 전달되도록 하고 인공호흡장치를 연결해 산소 공급을 하는 한편 면역거부반응을 막기 위한 면역억제제도 투여했다. 그 결과 적출 뒤 시간이 오래 지나 괴사가 시작돼 상당 부분이 하얗게 변한 폐가 건강한 핑크색을 띠고 정상적으로 산소를 전달하는 등 기능 회복이 관찰됐다. 연구팀은 면역거부반응에 대한 대책을 포함해 추가적인 연구가 필요하지만, 현재 수준만으로도 환자에게 이식하기 충분한 상태에 도달했다고 밝혔다.

한편 미국 캘리포니아 샌디에이고대(UCSD) 의대 산부인과·재생과학과·비뇨기과·유전체의학연구소, 피츠버그대 의대 여성연구소 공동연구팀은 사람의 정원줄기세포(SSC)를 시험관에서 배양하는 방법을 찾아내 국제학술지 ‘PNAS’ 7월 13일자에 발표했다. 연구팀은 ‘단일세포 유전자 발현 분석’이라는 첨단 기술로 인간 SSC의 특성을 파악해 세포분열과 생존에 관여하는 AKT 경로를 억제할 경우 실험실에서 가장 잘 성장시킬 수 있다는 것을 알게 됐다. 연구팀은 고환에서 추출한 30개 이상의 세포 샘플로 실험한 결과 2~4주 동안 안정적으로 SSC를 유지하는 데 성공했다. 연구팀은 이번 연구를 바탕으로 질 좋은 정자로 분화시키는 기술을 개발해 불임 수술에 새로운 지평을 열겠다는 계획이다.

4. 사람 유전자를 원숭이에게 주입한 실험서 상상도 못한 결과가 나왔습니다(출처: 김유성 기자 story@wikitree.co.kr, 2020.6.20자)

[윤리적 문제 언급하며 실험 끝낸 연구팀, 사람 유전자 ARHGAP11B 주입한 마모셋 원숭이, 뇌 변화]

독일과 일본에서 진행된 원숭이 실험 결과가 파장을 일으키고 있다. 지난 19일 유전체학 연구 관련 매체인 '테크놀로지 사이언스'에는 많은 이들을 깜짝 놀라게 할 연구 결과가 소개됐다. 독일 빌란트 후트너 연구팀이 '사이언스' 저널에 발표한 원숭이 실험 결과다.

독일 맥스 플랑크 분자세포 생물학 및 유전학 연구소와 일본 실험동물 중앙 연구소가 발표한 내용은 마모셋 원숭이 수정란에 인간의 유전자 중 하나인 'ARHGAP11B'를 주입했을 때 나타난 결과에 대한 것이다. 결론부터 말하자면 ARHGAP11B를 주입한 마모셋 원숭이 태아의 뇌는 일반 원숭이 2배 수준으로 신피질이 확대됐으며 뇌 표면 주름이 인간 수준으로 발달했다.

이 원숭이 태아는 피질판의 두께가 두꺼워졌으며 부뇌실 구역의 방사성 신경교세포, 영장류 진화에서 증가하는 상층부 뉴런의 수 역시 늘어났다. 연구원들은 이를 바탕으로 ARHGAP11B가 영장류 신피질을 확장시킨다는 기능적 증거를 발견했다. 빌란트 후트너는 "우리는 인간 특정 유전자가 마모셋 원숭이 신피질 발달에 영향을 끼칠 것이라 예상했기 때문에 태아에 국한시켜 실험했다"라고 했다. 이를 출산할 경우 뇌 기능과 관련한 예측 불가능한 결과 등 윤리적 문제가 선행되기 때문에 연구를 마친 것으로 알려졌다.

5. 인간 피부세포로 만든 '미니' 간(肝), 쥐에 이식 성공(출처: 연합뉴스, 2020.6.3자)

사람의 피부세포로 미니(mini) 간(肝)을 만들어 쥐(rat)에 이식하는 실험이 미국에서 성공을 거두었다. 미국 피츠버그대학 맥고원 재생의학연구소(McGowan Institute for Regenerative Medicine)의 알레한드로 소토-구티에레스 교수 연구팀은 인간의 피부세포를 역분화시켜 만든 유도만능 줄기세포(iPS)로 미니 간을 만들어 쥐에 이식했다고 메디컬 익스프레스(MedicalXpress)가 2일 보도했다. 유도만능 줄기세포에서 분화시킨 여러 형태의 간세포로 만들어진 이 미니 간은 인간의 간과 똑같이 담즙산(bile acid)과 요소(urea)를 분비했다.

연구팀은 먼저 쥐 5마리를 이식될 미니 간에 대한 거부반응을 견뎌낼 수 있도록 만들었다. 이어 자신의 간세포들을 모두 제거한 쥐의 간에 인간의 미니 간을 이식했다. 이식 4일 후 연구팀은 이식된 미니 간이 제 기능을 수행하고 있는지 살펴봤다. 이식된 미니 간의 내부와 주변에 대한 혈류에 문제가 발생하기는 했지만 미니 간은 제 기능을 수행하고 있었다. 쥐의 혈액 속에는 인간의 간에서 만들어진 단백질들이 들어있었다고 연구팀은 설명했다. 이는 이식에 사용되는 대체 장기를 시험관에서 만들어 낼 수 있는 가능성을 보여준 것이라고 연구팀은 평가했다.

(피츠버그대학 연구팀 제공)

6. 신의 영역에 근접? 사람 눈과 똑닮은 인공 눈 나왔다(출처: 동아사이언스, 2020.5.25자)

[실제 망막과 형태-크기까지 비슷… 광수용체 10배 더 담을 수 있어 빛 빨리 감지하고 시력 더 좋아]

홍콩의 과학자들이 사람 눈의 망막 구조를 모방한 인공 눈을 개발했다. 사람 눈을 모방한 인공 눈을 개발한 건 처음이 아니지만 사람 눈 구조에 한층 가까워졌고 시력은 더 좋아졌다. 판즈융 홍콩과학기술대 교수 연구팀은 사람의 눈보다 10배 많은 광수용체를 담을 수 있는 인공 눈을 개발했다고 국제학술지 네이처에 21일 공개했다.

눈은 사람이 개발한 그 어떤 사진기보다 월등하고 정교하다. 두 눈으로 비교적 넓은 지역을 한번에 볼 수 있고 어두운 곳을 비추는 아주 실낱같은 빛도 잡아내는 민감성까지 갖췄다. 눈이 이런 능력을 가진 것은 망막 덕분이다. 망막은 안구 벽의 가장 안쪽에 돔 형태의 얇고 투명한 막으로 약한 빛을 감지하는 감각세포인 광수용체가 들어 있다. 망막 1cm²에 들어있는 광수용체만 약 1000만 개에 이른다.

(판즈융 홍콩과학기술대 교수 연구팀이 개발한 인공 눈의 모습. 네이처 제공)