BY PAOLA BONFANTI, WIRED UK

실험실에서 자라 누군가의 몸에 이식된 인공 장기는 몇 년 전부터 곧 일어날 일이었다. 그들은 많은 도전들을 제시하는데 만약 그 도전들을 극복할 수 있다면, 그들은 더 이상 인간 기증자를 기다릴 필요가 없을 것이고 새로운 장기를 필요로 하는 환자들에게 가능성을 열어줄 것이다. 그들은 또한 의료 서비스 비용을 절약하여, 특히 일부 만성 질환으로 수년간의 치료 기간 동안 발생하는 높은 비용을 낮출 수 있다.

2021년에는 인공 장기가 어떻게 기능하는가에 대한 획기적인 발전을 보게 될 것이며, 인공 장기를 생산하는 데 사용되는 기술은 인공 장기를 진료소에서 사용하는 것에 한 걸음 더 가까이 다가갈 것이다.

지금까지, 이 분야에서 우리가 이룬 가장 큰 성공은 화상으로 파괴된 피부를 대체할 피부의 가장 바깥 층인 실험실 재배 표피를 생성한 것이다. 이것은 배양에서 환자 자신의 표피의 줄기세포를 배양하고 그들의 자손을 섬유소의 얇은 층으로 옮기고, 그리고 나서 영향을 받는 표면으로 옮겨짐으로써 달성된다. 새로운 표피는 머리카락이나 피지선을 만들 수는 없지만 수십 년 동안 부착되고 기능한다. 이 기술은 수천 명의 화상 환자의 생명을 구했고 전 세계 병원에서 사용되고 있다.
 
하지만 우리는 그것보다 더 많은 것을 할 수 있다. 2017년, 이탈리아 모데나 대학의 미셸 드 루카(Michele De Luca)와 그라치엘라 펠레그리니(Graziella Pellegrini)는 수포성 표피 박리증을 가진 아이로부터 채취한 줄기세포의 DNA를 교정했는데, 이것은 눈물이 날 정도로 고통스러운 만성 피부 질환이다. 줄기세포와 유전자 치료의 결합을 통해, 그들은 그의 몸에 새로운 체외에서 자라난 표피를 이식하여, 그를 파괴적인 유전병으로부터 치유할 수 있었다.

그들이 치료한지 5년이 지났지만, 아이의 피부는 여전히 정상이며, 이 질병의 다른 형태들을 치료하기 위해 이 기술을 사용할 것을 허가 받았다.

2020년에, 보스턴 어린이 병원의 칼 쾰러(Karl Koehler)와 그의 팀은 단순한 표피가 아닌, 피부의 전체 두께를 성장시키기 위해 인간 줄기 세포를 사용할 수 있었다. 이것은 다른 의료팀들이 피부 안쪽 층인 진피에도 영향을 주는 질병이나 부상을 치료하도록 할 것이다. 그러나 임상 등급의 규모 확장이 먼저 필요하므로 이 실험을 시작하기 전에 시간이 필요할 것이다.

2021년에는 다른 장기가 자라는 것을 볼 수 있을 것이다. 프란시스 크릭 연구소의 나의 연구실에서는 인공 흉선을 만들고 있다. 배양된 인간 줄기 세포로부터 완전히 재구성된 것이다.

흉선은 전염성 물질이나 암세포를 퇴치하고 파괴하는 T 림프구라고 불리는 세포의 발달을 위해 중요하다. 어떤 아이들은 흉선 없이 태어나서 감염에 매우 취약하다. 새로운 기관은 평범한 삶으로 가는 길을 제공할 것이다. 흉선은 또한 림프구가 인지하는 것을 돕고 따라서 우리 자신의 건강한 세포를 해치지 않도록 하기 때문에 모든 기관들 사이에서 구별된다. 잠재적으로 이식된 환자는 기증자의 줄기세포에서 자란 인공 흉선으로부터 이익을 얻을 수 있다. 이것은 환자의 면역 체계를 재설정하여 기증자의 장기를 마치 자신의 장기인 것처럼 인식함으로써, 평생 동안 지속되는 면역 억제 약물의 필요성을 없앤다.

하지만 장기를 기르는 것은 쉽지 않다. 기술자들은 줄기세포가 특정 장기에 필요한 올바른 유형의 전문 세포로 바뀌어야 하며, 줄기세포가 올바른 비율과 위치에 있는지 확인해야 한다. 2021년에는 복잡한 장기를 성장시키는 데 필요한 기술들을 더 많이 보게 될 것이다. 많은 연구소의 연구원들은 장기 생성과 신체 내 기능을 모방하는 데 필요한 온도, 습도, 영양분, 산소, 운동과 같은 정확한 조건을 제공하는 기계인 생물 반응기를 개선하기 위해 노력하고 있다.

2021년에는, 연구원들이 줄기세포에 대한 우리의 지식도 넓힐 것이다. 예를 들어, 나의 연구실에서는 생리적 기능을 보장하는 기관의 복잡한 구조를 개발하기 위해 이 세포들이 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하기 위한 인공 식도를 연구하고 있다.

차세대 DNA 염기서열화는 또한 우리가 주어진 조직에서 어떤 유전자가 어느 정도까지 표현되는지를 빠르고 정확하게 해독할 수 있게 해준다. 이것은 인위적인 신체 부위가 자연 신체 부위와 어떻게 비교되는지를 정확히 밝혀낼 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 특히 우리가 이 새로운 장기들이 평생 지속되기를 바라는 중요한 문제이다.

파올라 본판티(Paola Bonfanti)는 프란시스 크릭 연구소의 상피줄기세포 생물학 및 재생 의학 실험실의 그룹 리더이다.

** 위 기사는 와이어드UK(WIRED.co.uk)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 배효린 에디터)

<원문기사>
Lab-grown organs could solve the transplant crisis