[과찬의 말씀] 인공 뇌 새 지평 연 과학자…"실험실 떠나 상용화 이루겠다"

조승우 연세대 생명공학과 교수

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[편집자주] 국가과학기술지식정보서비스(NTIS)는 국가 연구개발(R&D) 사업과 성과 등을 서비스하는 국가R&D 지식정보 포털입니다. '과찬의말씀'은 국가R&D에 참여하는 과학기술인들의 칭찬릴레이로 NTIS 내 서비스로 시작했습니다. 최근에는 국가R&D에 참여한 과학자들의 주장과 연구현장의 생생한 목소리 등을 전하는 인터뷰로 확장했습니다. 동아사이언스는 NTIS와 함께 과찬의말씀 인터뷰에 참여한 과학자들의 인터뷰를 편집, 게재하고 연구 현장에서 느끼는 과학자들의 목소리를 함께 전합니다.

두 귀 사이에 위치한 고작 1.36킬로그램에 불과한 회백색 덩어리, 뇌. 하지만 인간의 뇌는 우리가 동물도 아니고 파충류도 아닌 인간이게 하는 원천이고 육체와 정신의 연결고리로서 다른 신체기관과는 차원을 달리한다. 

알려진 것보다 탐구해야 할 것이 더 많고 무엇보다 신비롭기 때문에 작은 우주라고 불리는 인간의 뇌이다. 그런데 2021년 실험실에서 배양을 통해 키워 낸 ‘인공 뇌’ 개발 소식이 들려왔다.

고도로 발달한 현재의 기술과 의학에도 치매나 파킨슨병, 자폐 등의 뇌 질환은 난공불락의 영역으로 여겨지고 있는데 ‘인공 뇌’라니...이 의아하고 낯선 소식이 궁금해졌다. 그래서 소식의 주인공 연세대학교 생명공학과 조승우 교수를 만나 그의 연구 이야기를 직접 들어보았다. 

○ 연구자의 경험과 열정을 품고, 기술개발부터 상용화까지 

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조승우 교수를 처음 만난 곳은 연세대 공학관의 교수실이었다. 노크를 하자 따뜻하고 편안한 조명, 온화한 향기와 함께 조승우 교수가 문을 열고 맞이했다. 조승우 교수는 따뜻하고 온화하지 않을까 짐작해 보았다. 

물론 짐작이 확신으로 바뀌는 데 그리 오래 걸리지는 않았다. 교수실에서 조금 떨어진 세라트젠에서 인터뷰 촬영을 준비하는 도중 오고가는 임직원들마다 모두 조승우 교수의 인터뷰를 잘 부탁한다는 말을 잊지 않고 건넸다. 조승우 교수의 평소 따뜻한 태도가 아니라면 그를 아끼는 직원들의 마음을 설명할 수 있을까 싶었다.

조승우 교수의 인터뷰를 진행한 장소인 세라트젠은 2020년 조승우 교수가 창업한 오가노이드 및 첨단 바이오소재 전문기업이다. 연구에 교수 활동까지 하루를 쪼개 써도 모자란 연구자가 창업에 뛰어들었다면 그만한 특별한 이유가 있지 않을까. 

“기업으로 기술을 이전한 이후 상용화에 이르지 못하는 경우를 주변에서 많이 봐왔어요. 아무래도 기술을 개발한 연구자가 상용화를 위해서 필요한 지식이나 경험, 그리고 열정을 다른 누구보다 많이 가지고 있어 직접 하게 되면 사업화 성공 가능성이 훨씬 높지 않을까 생각했습니다. 

또 박사후연구원을 했던 MIT에서 연구년을 보내며, 보스턴의 바이오 산업 분야를 경험할 수 있는 기회를 가졌습니다. 이 때 개발된 생명과학기술이 연구논문에 국한되는 것이 아니라 실용화까지 이어져야 환자에게 실질적으로 도움이 된다는 것을 느꼈고 연구년에서 복귀 후 창업을 결심하게 됐습니다.”

‘실험실을 떠나지 않는 기술은 세상을 바꿀 수 없다(Discoveries can't change the world if they don't leave the lab).’ 바이오 응용 공학 비스연구소(Wyss institute)가 추구하는 바를 경험한 것 또한 조승우 교수의 창업 결심을 부추겼다. 자신이 연구한 기술이 세상에서 쓰임을 다하기를 바라는 마음에서였다. 

○ 학문 간 다리를 잇는 중개연구로 기술 개발을 이끌다

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조승우 교수가 처음부터 생명공학의 길을 걸어 온 것은 아니었다. 학부 전공은 화학공학이었지만 박사 과정을 시작하게 되면서 우연한 기회에 줄기세포와 조직공학 연구를 접하게 되었고 이 분야에 대한 연구를 시작하게 됐다고 전했다. 

“저는 학부 때부터 생명공학이나 의학 분야에 관심이 많아 생물학과나 약학과의 수업을 수강하곤 했어요. 그래서인지 줄기세포 치료나 조직공학 연구의 경우 의학적인 지식이 굉장히 중요한데 특별한 어려움 없이 지금에 이르렀습니다. 지금도 연구에 대한 아이디어는 의대 연구팀과 논의하면서 많이 얻고 있고, 공동연구를 진행하거나 교류를 위해 노력하고 있습니다.”

조승우 교수는 본인의 연구 분야를 중개연구(translation reserch)라고 소개한다. 줄기세포 연구와 환자를 치료하는 임상학적인 치료를 잇는 다리 같은 역할을 하고 있다는 것이다. 

실제로 조승우 교수는 의학 분야와 다양한 협업 연구를 진행하고 있는데 최근에도 서울성모병원 연구팀과 공동으로 ‘심장질환 치료용 유도심근세포 생산 기술’을 개발하기도 하고 기초과학연구원의 나노의학 연구단과 ‘나노초음파 조영술’을 개발하기도 했다. 

○ 뇌질환 치료를 위한 뇌 오가노이드 연구, 새로운 지평을 열다

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“저희 연구실은 다양한 장기에 관한 연구를 수행하고 있어요. 그중 뇌 연구를 가장 활발하게 진행하고 있습니다. 뇌는 여러 영역으로 나뉘어 구조, 세포, 성분, 기능이 모두 다르지만 서로가 정교한 네트워크를 이루면서 우리 몸의 중추적인 역할을 담당하고 있습니다. 하지만 이런 뇌의 복잡성 때문에 인간 뇌를 직접 연구하기는 매우 어려워요. 그래서 인공 뇌를 만들어 연구하면 다양한 뇌 신경질환을 연구할 수 있을 것이라고 생각했습니다.”

조승우 교수의 주요 연구 중 하나가 바로 오가노이드이다. 오가노이드는 줄기세포를 배양해서 만든 장기유사체로 ‘미니장기’로 불리기도 한다. 조승우 교수는 간, 장, 폐, 심장, 췌장, 뇌 등 다양한 오가노이드를 연구하지만, 그중 뇌에 큰 매력을 느끼고, 뇌 연구를 가장 활발하게 진행하고 있다고 전했다.

그 성과는 실로 놀라운데 기존 ‘인공 뇌’가 태아의 뇌 수준이었다면 조승우 교수는 크고 정교한 신생아 수준으로 한 차원 더 끌어올렸다. 그 뿐 아니라 조승우 교수는 과거 누구도 진행하지 않았던 새로운 뇌 연구를 시도했다. 

“제가 수행한 연구는 인간의 줄기세포와 뇌 조직의 미세환경을 구현하는 생체소재, 그리고 미세유체 칩이라고 하는 장기칩(Organ-on-a-chip : 전자회로가 놓인 칩 위에 특정 장기를 구성하는 세포를 배양함으로써 해당 장기의 특성뿐만 아니라 역학적, 생리적 세포반응을 모방하는 기술이다. 위키백과)을 이용해 인간의 미니 뇌를 체외에서 제작하는 것입니다. 

또한 인간의 혈뇌장벽을 체외에서 구현하고 뇌수막염을 유발하는 곰팡이균의 뇌 침투를 모델링했는데요. 이 후에 인간의 오가노이드 뇌에 혈관 구조를 도입해서 혈뇌장벽을 갖춘 미니 뇌를 제작하고 알츠하이머, 파킨슨병, 뇌전증과 같은 난치성 뇌 신경질환 치료제의 효능을 평가하는 모델로 활용하는 후속 연구를 진행하고 있습니다.” 

조승우 교수의 이러한 연구성과를 인정받아 지난해 과학기술정보통신부에서 선정하는 ‘이달의 과학기술인상’을 수상했다. 이 외에도 그리고 그는 이런 연구 아이디어를 다른 연구자들의 연구논문을 보고나 학회 발표를 들을 때 많이 얻는다고 했다. 또 그 과정에서 NTIS의 R&D 추천정보를 매우 유용하게 활용하고 있었다.

 
“생명과학이나 생명공학 분야의 연구를 소개하는 다른 사이트들이 있긴 하지만, NTIS의 추천정보는 정기 메일로 받을 수 있고, 또 정부의 정책동향이나 유사 연구과제를 수행하는 연구자, 연구내용에 대한 정보까지 함께 접할 수 있어서 특히 유용합니다.”

○ 첫 성취의 소중함, 그리고 또 하나의 처음을 위해

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“앞으로의 목표는 오가노이드 기반 바이오 인공장기를 구현하는 것이에요. 또 현재의 기술이 질환이나 조직 손상이 일어난 이 후를 치료하는 조직 재생 기술을 적용하고 있는데요. 항노화나 역노화 개념으로 적용할 수 있는 근본적인 재생기술까지 개발해 보고 싶습니다.” 

연구자로서, 기업인으로서의 포부를 밝히며, 인터뷰를 마무리했다. 그리고 교수실로 함께 이동하며 대화를 나누었다.

“전 뭐든지 처음 어떤 성취를 이뤘던 순간이 가장 인상 깊게 남아요. 연구로 보면 제가 1저자로 논문을 처음 게재했을 때, 교신저자로 첫 논문 게재했을 때, 기업에 처음 기술을 이전했을 때처럼 어떤 첫 번째 성취를 이뤘던 순간이 의미가 컸던 것 같아요. 누군가가 보기에 대단한 것은 아니지만요.”

이 답변을 듣고 ‘은퇴하기 전 환자의 세포로 구성된 이식용 장기를 단 한 분야라도 상용화 하는 것’이라 했던 언론 인터뷰가 떠올랐다. 혹자가 보면 당장은 가능성을 점칠 수 없는 연구목표일지 모르겠지만 지금까지처럼 한 단계, 한 단계 ‘처음’을 늘려나가다 보면 다다를 수 있겠다는 생각이 들었고 조용히 응원의 마음을 건넸다.

○ 내 인생의 한 수 "기술로 수천만 환자에게 도움을 줄 수 있는 공대 전공을 선택"

예전에 한 의대 교수님이 직접 해주신 말이 기억나는데요. 의사로서 본인은 은퇴 전까지 많아야 몇 만 명의 환자를 치료할 수 있지만, 생명공학자로서 좋은 재생기술을 개발할 수 있다면 수백만 명, 수천만 명 이상의 환자들에게 도움이 될 수 있지 않겠냐고 하셨습니다. 결국 제 인생에서의 한 수는 대학교에 진학할 때 의대가 아닌 공대를 선택했던 것이 아닐까 생각합니다. 

▶조승우 연세대 생명공학과 교수는

서울대학교에서 응용화학 학/석/박사학위를 받았으며, 미국 메사추세츠공과대학 화학공학과 박사후연구원, 하버드메디컬스쿨 보스턴어린이병원 연구원을 거쳐 2013년부터 연세대학교 생명시스템대학 생명공학과 교수로 재직하며 오가노이드 응용연구와 의료용 생체 소재 개발에 심도 깊은 연구를 추진하고 있다. 현재 기초과학연구원 나노의학연구단 연구위원이자 연세대 언더우드특훈교수이며, 생명공학기업 ㈜세라트젠 창업자이자 최고기술책임자로 참여하고 있다.

※ 주요 국가R&D 과제 참여 실적
- 오가노이드 모듈 합체·정렬 기술을 통한 바이오 인공 장기 생산 연구(2021~2023)
- 간 조직 특이적 매트릭스와 마이크로 디바이스를 이용한 간 오가노이드 생산 플랫폼 개발(2018~2022)
- 3차원 장기(organ) 및 가상 장기 모델을 이용한 바이오의약품 안전성 평가기술 마련 연구(3)(2019~2021)

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