"돼지 뱃속에서 사람 콩팥이 자란다"...유전자 조작 성공

유전자 조작 배아에서 임신 28일까지 인간형 콩팥 자라는 것 확인

돼지에서 인간형 장기를 생성할 수 있는 가능성에 대한 원리를 증명했다. [사진= 게티이미지뱅크]

동물 몸속에서 인간형 장기가 자라도록 하는 실험이 성공적으로 착수됐다. 중국 연구진이 유전자 조작을 통해 돼지의 배아 속에 초기 단계의 인간형 콩팥(신장)이 형성되도록 했다고 발표했다. 7일(현지시간) 줄기세포 전문 국제학술지 《셀 스템 셀(Cell Stem Cell)》에 발표된 중국 연구진의 논문을 토대로 건강의학 웹진 '헬스 데이'가 보도한 내용이다.

중국과학원(CAS) 산하 광저우 생물의학보건연구원(GIBH)의 리앙쉬에 라이 책임연구원은 "이번 연구는 돼지에서 인간형 장기를 생성할 수 있는 가능성에 대한 원리를 증명했다"고 밝혔다. 이는 장기 부족 문제를 해결하고 수많은 생명을 구할 수 있는 과정의 첫 단계로 풀이된다.

연구진은 먼저 콩팥 발달에 핵심적인 두 개의 유전자가 결여된 유전자 변형 돼지 배아를 만들었다. 이를 통해 배아 내에 빈 공간, 즉 신장 모양의 '틈새'를 만들어 인간 줄기세포가 돼지 세포와의 경쟁을 줄이면서 자랄 수 있는 공간을 만들었다. 인간 줄기세포를 돼지 배아에 통합하는 데 있어 어려운 점 중 하나는 돼지 세포가 발달하는 동안 인간 세포와 경쟁하기 때문이라고 연구진은 설명했다.

연구진은 이어 인간 줄기세포가 돼지 배아에 통합될 가능성을 높이고 자멸할 가능성을 낮추기 위해 인간 줄기세포를 유전공학적으로 조작했다. 그런 다음 이 세포를 초기 인간 배아줄기세포와 유사한 순수한 세포로 배양했다.

다음 단계는 인간 줄기세포가 포함된 돼지 배아를 실험실에서 배양하며 고유한 영양분과 호르몬을 제공해 성장을 촉진한 다음 이를 어미 돼지의 자궁에 이식하는 것이었다. 총 1820개의 배아를 13마리의 어미 돼지 자궁에 이식했다고 연구진은 밝혔다.

연구진은 이들 배아가 대리모 돼지의 자궁에서 25~28일간 자라게 한 뒤 5개의 배아를 추출해 분석했다. 그 결과 인간형 신장이 정상적 구조로 성장한 것을 확인했다. 신장을 이루는 세포의 50~70%는 인간 세포였다. 배아의 다른 세포는 돼지 세포였다. 반면 신장 이외의 기관에서는 사람 세포가 거의 발견되지 않았다.

라이 연구원은 "임신 기간을 연장하면 인간 세포의 비율이 늘어날 가능성이 있지만 다른 기술적 장벽도 존재할 수 있다"며 "우리는 그것을 위해 노력하고 있다"고 말했다. 논문을 검토한 미국 뉴욕대 랑곤의대 장기이식연구원의 마시모 망기올라 면역유전학 연구소장은 이 세포들을 '원시 장기'라고 불렀다. 망기올라 소장은 "이번 연구는 인간 세포가 '원시 장기'로 성장할 수 있다는 것을 분명히 보여 줬다"면서 "완전한 인간 콩팥으로 발전할지 여부를 말하기는 조금 이르지만, 그 목표를 향해 필요한 초기 단계엔 도달했다"고 평가했다.

이전 연구에서는 돼지의 혈액이나 근육과 같은 인간 조직을 생성하는 데 유사한 방법을 사용했지만 실제로 인간의 일부 장기를 성장시킨 것은 이번이 처음이다. 연구진은 가장 먼저 발달한 장기 중 하나이며 인간에게 가장 일반적으로 이식되는 장기이기 때문에 콩팥에 초점을 맞췄다고 설명했다.

연구진의 일원인 GIBH의 젠 다이 연구원은 "우리는 돼지 배아에 틈새를 만들면 인간 세포가 자연스럽게 그 공간으로 들어간다는 사실을 발견했다"라고 밝혔다. 그는 또 "해당 배아들의 뇌와 척수에서 인간 신경세포는 극소수만 보였고 생식기 영역에선 인간 세포가 없었다"며 "이는 인간 만능 줄기 세포가 생식 세포로 분화하지 않았음을 보여준다"고 덧붙였다.

다음 단계는 신장이 더 오래 발달하도록 허용하여 인간세포가 발달하는 동안 돼지 세포를 계속 능가하는지 확인하는 것이다. 연구진은 또한 돼지에서 심장과 췌장을 포함한 다른 인간 장기를 생성하기 위해 노력하고 있다고 밝혔다.

장기적인 목표는 사람에게 이식할 수 있는 돼지 배양 인간 장기를 만드는 것이다. 연구진은 이 작업이 복잡하기에 몇 년은 걸릴 수 있다고 봤다. 연구진의 한명인 GIBH의 미겔 에스테반 연구원은 "장기는 하나의 세포 계통으로만 구성되지 않기 때문에 온전한 인간형 장기를 갖게 하려면 훨씬 더 복잡한 방식으로 돼지를 설계해야 한다"며 "그에 수반되는 몇 가지 과제가 남아 있다"고 말했다.

망기올라 소장은 2가지 장벽을 먼저 지적했다. "하나는 완전한 기능을 갖춘 장기를 만들 수 있느냐고 다른 하나는 완전히 인간 세포로만 이루어진 장기를 만들 수 있는가"이다. 신장에 돼지 세포가 남아 있으면 이식 후 장기 거부 반응이 일어날 가능성이 높아진다.

그는 이번 연구의 궁극적인 목표가 돼지에게 환자 자신의 세포로 구성된 맞춤형 신장을 성장시키는 것이기에 여기엔 또 다른 장벽이 존재한다고 밝혔다. 하나는 돼지의 면역체제가 인간형 장기에 대한 거부반응을 보이지 않아야 한다는 것이다. 다른 하나는 돼지 몸에선 문제없지만 인간 몸에선 새로운 전염병을 일으킬 수 있는 바이러스가 인간형 세포에서 자라게 되는 것이다. 이종이식의 부작용으로 미국 식품의약국(FDA)이 우려하는 것 중 하나다.

해당 논문은 다음 링크(https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(23)00286-2)에서 확인할 수 있다.

한건필 기자 (hanguru@kormedi.com)