‘냉동인간’ 가능한 날이 올까?

‘냉동인간’ 가능한 날이 올까?

 

 

 

 

 

100일 간 냉동시킨 흰쥐 신장, 나노워밍으로 해동시켜 이식에 성공

 

지난 7월 국제학술지 ‘사이언스(Science)’ 표지에 얼린 흰쥐의 신장이 실렸다. 사람 손톱만한 크기의 이 장기는 영하 150°C에서 냉각돼 혈액 색조차 비치지 않는 회색상태였다. 하지만 곧 다른 흰 쥐의 동맥과 정맥에 연결되자 분홍색으로 붉어졌고, 약 45분 후 신장에서 방광으로 공급되는 요관에서 소변 한 방울이 나왔다. 냉동되었던 신장이 제대로 작동하고 있다는 증거이고, 이식된 쥐의 생은 이어진다는 의미다.

사이언스 표지에 적힌 “Life on hold”라는 타이틀이 “Life go on”으로 바뀌는 순간이다.

 

 

 

신체 조직의 냉동–해동 과정에 일어나는 문제?

 

미국 미네소타대학교 존 비숍(John Bischof) 교수와 에릭 핑거(Erik Finger)교수가 이끄는 연구진은 실험용 흰쥐의 신장을 급속 냉동하여 보관한 후 또 다시 급속 해동해 다른 쥐에 이식하는 데 성공했다고 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 발표했다.

이번 연구가 큰 주목을 받은 이유는 냉동 보존한 신체 조직을 손상 없이 냉동·해동하는 획기적인 방법을 성공시켰기 때문이다.

이전에도 장기 냉동을 위한 연구는 꾸준히 진행돼 왔다. 덕분에 과학계에 따르면 인체 냉동 기술은 상당한 진척을 거둔 상태이지만, 장기를 냉동하고 해동하는 과정에서 세포를 손상시키는 문제에 계속 부딪쳤다.

먼저 신체 조직을 냉동하는 과정에서 발생하는 결빙은 세포를 손상시키는 문제가 발생한다. 알려진 대로 물은 얼면서 육각형 구조를 형성하고, 부피가 팽창하는 성질을 갖고 있다. 때문에 조직 속 수분이 얼면서 세포막을 찢거나 변형을 일으킨다. 냉동보존 시 이를 막기 위해 초고속 극저온 냉동을 하지만 세포 손상을 완벽하게 막지는 못하는 것으로 나타났다. 결국 냉동동결방지제를 투입하고 극저온에서 냉동시켜 세포와 조직을 보존하는 유리화(vitrification) 방법이 가장 널리 쓰이고 있으며, 독성을 없앤 신소재 연구가 활발히 진행중이다.

문제는 해동이다. 과학자들은 신체 조직의 해동은 매우 복잡한 문제라는 입을 모은다. 우선 생명체에 세포 수가 많아 통제하기 어렵고, 또 동결방지제로 사용하는 글리세롤의 독성이 세포를 손상시키기도 한다는 것이다. 또한, 해동 시간을 조절하지 않으면 조직이 찢어지거나 물리적 변형이 일어나 세포가 정상 회복되기 어렵다.

그래서 SF영화나 소설에서 동면장치에 보관된 인간이 미래에 다시 깨어나는 일이 여전히 현실에서는 불가능하다. ‘냉동된’ 인간은 있지만, ‘해동된’ 인간은 없다는 말이 그냥 우스갯소리가 아닌 이유다.

 

 

 

나노워밍, 세포 해동에 새 방법이 될까?

 

미네소타대학교 연구진이 “동물의 (기능적 역할을 하는) 장기를 장기 보관하고 해동하여 성공적으로 이식하는 프로토콜”을 발표한 것은 이번이 처음이라고 말했다. 그러면서 10년 이상에 걸친 이 연구는 사실상 유리화된 조직을 해동하는 데 초점을 두었다고 해도 과언이 아니라고 했다.

이미 1980년대 과학자들이 동결방지제로 처리한 인간의 난자를 액체 질소에 담가 급속 냉동하는 데 성공한 이후 ‘유리화 과정’에 대한 심도 있는 연구가 지속돼 왔다. 반면, 해동 과정에서 발생하는 문제는 연구자들에게 큰 과제였다는 것이 그들의 설명이다. 실제로 장기가 너무 천천히 데워지면 조직이 어는점에 가까워지면서 얼음결정이 나타나고, 균일하게 따뜻해지지 않으면 불균형 팽창 및 수축으로 인해 세포가 파괴되는 현상이 발생한다.

그래서 연구진은 이번 실험에서 유리화된 조직을 빠르고 균일하게 해동하는 방법을 찾기 위해 ‘나노워밍(nanowarming)’으로 접근했다.

먼저 산화철 나노입자를 동결방지제에 혼합한 후 실험용 쥐에서 적출한 신장의 현관을 통해 주입하고, 이것을 –148℃로 냉각된 냉동고에서 최대 100일 동안 보관했다. 이후 코일 안에 패킷을 넣고 회전하면서 열을 내도록 했으며, 이 과정에서 코일은 초당 36만 번 양극과 음극을 뒤집어 자기장을 만들면서 장기를 녹였다. 이 ‘나노워밍(nanowarming)’으로 장기는 약 90초 만에 고르게 해동되었다.

그리고 연구진은 해동된 신장에서 동결방지제와 산호철 나노입자를 씻어내 다섯 마리의 쥐에게 이식했다. 핑거 교수는 “처음 2~3주 동안 신장이 완전한 기능을 발휘하지 못했지만 3주 후부터 건강한 장기와 구별할 수 없을 정도로 완전히 회복되었다.”고 말했다.

 

 

 

냉동보존 기술이 ‘냉동인간’ 보다는 ‘건강한 장기 이식’이 되기를

 

비숍 교수는 이 연구를 지속해야 할 이유는 장기기증을 마지막 희망으로 품고 있는 사람에게 진정한 희망이 되는 것이라고 밝혔다.

비숍 교수의 말에 따르면 장기의 급속한 부패와 변형은 장기 이식을 방해하는 가장 큰 문제 중 하나다. 사람의 장기가 기증자로부터 분리된 순간부터 새로운 환자에게 이식하는 데까지 최소 4~6시간, 긴 경우는 8~12시간이 걸린다. 따라서 기증된 심장과 폐의 약 60% 이상이 제때에 수혜자에게 전달되지 못하는 경우가 많은데, WHO는 장기 이식이 필요한 사람들 중 실제로 장기 이식을 받는 사람은 10% 미만이라고 추정했다.

연구진은 이번 연구결과가 냉동보존은 장기가 이식되기 전 며칠, 몇 주, 심지어 몇 년 동안 안전하게 보관할 수 있는 가능성을 보여 주며, 장기 수혜자에게 면역학적으로 더 안전한 장기를 이식할 수 있는 기술이라고 강조했다. 이 연구가 ‘냉동인간’을 가능하게 하는 기술에 가까워졌다고 보는 사람도 있지만, 생명의학의 다양한 측면에서 특히 건강을 치료하는 데 영향을 미치기를 바란다고 덧붙였다.

 

 

김현정 리포터 vegastar0707@gmail.com

[사이언스타임즈]

 

 

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