인류의 오래된 염원, 무병장수(無病長壽)

• 예로부터 사람들 특히 강력한 권력을 쥔 왕들은 대부분 무병장수를 위한 꿈을 꾸었음
  • 중국의 진시황을 비롯하여 인도, 베트남 등의 왕들이나 서양의 고대왕국의 파라오, 황제들이 모두 무병장수와 영생의 꿈을 꿈
    • 동서양의 왕들이 모두 불로불사의 약을 개발하기 위해 많은 돈을 쏟아부어 약학, 화학이 발전하게 되는 계기가 됨
• 동서양 모두 불로불사를 위한 연구가 붐을 이루었을 정도이나 성공하지는 못했고 대신 근대 학문의 토대를 마련
  • 동양에서는 무릉도원의 천도복숭아, 불로초, 불사약을 구하거나 몸에 좋은 것을 골라 먹고 관리하는 방향으로 발달
    • 중국에서는 본초학, 침구술의 발달, 인도에서는 아유르베다 등 전통의학이 탄생하는 계기
  • 서양에서는 불로불사약을 만들거나 쇠붙이를 황금으로 바꾸는 연금술 즉, 오늘날의 약학, 물리학, 화학의 기초가 탄생

  불로불사가 꼭 좋은 꿈은 아니었을지도…

  권력과 돈을 손에 쥔 왕이나 귀족들은 영생을 꿈꾸었을지 몰라도 민중에게는 사람이 아닌 괴물로 보였는지 전설 속의 많은 괴물들은 모두 불로불사

  • 이집트의 미라, 루마니아의 드라큘라, 늑대인간 등 여름이면 어김없이 나타나는 영화의 주인공들은 모두 민중이 상상 속에서 그려낸 불로불사의 괴물들
  • 아닌 게 아니라 괴물들의 신분이 대부분 왕, 왕족, 귀족이라는 특징이 있음

현실적인 의미에서의 무병장수

• 무병장수는 과학기술의 발달과 일반 대중의 관심과 지식이 변화함에 따라 다소 유행을 타는 경향이 있음
  • 19세기에는 의학이 발달되면서 수명이 다한 인간의 몸을 기계나 합성생물로 대체할 수 있을 것이라는 기대로 관련 연구가 인기
    • 일부 손·발의 기능을 대신하는 의수, 의족이 처음 탄생했으며, 인체를 조합한 프랑켄슈타인 등의 소설도 등장
  • 20세기 들어서는 약과 수술로 모든 병을 치료할 수 있다는 분위기에서 국가 단위로 막대한 예산을 투자하기도 하였음
    • 대표적인 것이 1970년부터 시작된 미국정부의 암 정복을 위한 연구, 항암제, 수술기법에 대한 대대적인 투자
  • 최근에는 웰빙 문화가 자리 잡으면서 평소에 식생활과 운동으로 관리해야 한다는 건강 상식이 자리 잡음
    • 좋은 음식을 먹고 자신에게 맞는 휴식을 가지며, 고대부터 지금까지의 지식 중 유용한 지식들을 다시 활용하기 시작

      인도의 아유르베다에 따른 체조·마사지·식이요법, 불가(佛家)의 식생활, 재배화가 덜 된 원시작물의 섭취 등 다양한 지식들이 쏟아지고 있음

  육상선수 피스토리우스

  프랑켄슈타인 소설책

  아유르베다 공식 페이스북

우아한 장수의 대한 열망, 장기이식

• 먹는 음식이 좋아지고 의료기술이 좋아지면서 인류의 평균 수명은 크게 증가
  • WHO(세계보건기구) 통계연감에 따르면 2015년 세계인의 평균 기대수명은 71.4세로 지난 2000년 보다 5년 더 늘어남

    한국의 경우 2014년 기대수명은 82.4세로 매년 꾸준히 증가(통계청)

  • 충분하고 좋은 음식, 발전된 의료기술과 시설, 좋은 경제적 여건과 국가복지 등은 인간의 수명을 좌우하는데 매우 중요한 요소
    • 고소득 국가들의 평균 기대수명은 80세가 넘으나 사하라이남 저소득 국가들의 경우 60세에도 미치지 못함(‘16 아시아경제)
  • 미국 버크 노화연구소는 500세까지도 살 수 있다고 주장하기도 하였으나, 현대과학에서 보는 인간의 최대 수명은 120년이 정설
    • 대부분의 포유류의 수명이 신체가 성장하는 성장기의 5~6배인 점을 감안한다면 인간의 수명은 대체로 120세 정도가 한계

      현재로서 가장 오래 산 기록을 가진 사람은 1997년에 사망한 잔 칼망이라는 프랑스 여성으로 122년 164일을 기록

  • 의료·제약 기술의 발전으로 수명 증가에 대한 이견은 없으므로 얼마나 잘 사느냐인 ‘삶의 질’ 관점에서 장기이식이 대두

  신화(神話)에도 나오는 장기이식 이야기

  기원전 12세기 경 유래한 힌두교 신화에는 주신(主神) 시바가 지식과 지혜의 신 가네샤(ganesa)를 만들 때 어린이의 몸에 코끼리의 머리를 붙였음

  • 중국에서는 편작(扁鵲, 407-310 BC)이 용감한 군인과 심약한 군인의 심장을 바꾸는 수술로 사람의 기질이 바뀌는지 실험한 이야기가 기록되어 전해짐
  • 삼국지에도 등장하는 화타(華佗, Hua-To, 136-208 AD)는 병든 사람의 장기를 건강한 사람의 것으로 바꾸는 수술을 했다는 이야기도 있음

손상된 인체 일부를 대체하려는 노력에서 시작

• 최초로 탄생한 인체 대체기술은 신체 일부를 보철물로 대체하는 방식으로 가장 오래된 유물은 이집트에서 발견
  • 기원전 1069～644년경의 것으로 추정되는 이집트의 인공 엄지발가락은 가장 오래된 유물
  • 기원전 700년 전 이전의 인공치아(齒牙)가 이탈리아에서 발견 되었는데 고대 에트루리아인들의 것으로 추정

    일부에서는 이집트의 틀니를 더욱 오랜 것으로 추정하기도 하는데 대략 기원전 1500년 전에 이빨을 금철사로 엮어 사용되었다는 기록이 있음

  미라에서 발견된 인공 발가락(연합뉴스)

  영국 맨체스터 대학교 연구팀은 2007년 5∼60대 여성으로 추정되는 미라발굴과정에서 인공 발가락을 발견함

  • 목재와 가죽으로 만들어진 엄지발가락은 기원전 1069∼644년 사이에 제작된 것으로 알려짐
  • 지금까지 발견된 의족, 의수 중 가장 오래된 것으로 인정
• 19세기 이후 현대과학의 기초가 된 생물, 화학, 생리학 등의 발전에 힘입어 점차 가시적인 성과들이 나오기 시작
  • 1600년대의 세포발견, 1838년 슐라이덴과 슈만의 세포설 등에서 시작하여 코흐, 파스퇴르의 면역학을 거쳐 급속한 발전을 이룸
  • 인공수족(手足)은 전쟁의 후유증으로 탄생하는데 1861년 제대한 부상병 행어(J.E.Hanger)가 세계 최초로 의족회사를 설립
  • 기능이 떨어진 생체를 대체하기 위한 이식연구는 1905년 사람의 각막을 이식한 것이 최초로 본격적인 장기이식 시대를 개막

장기이식 이식이란 정확하게 무엇일까?

• 장기이식은 사전적으로는 세포조직, 장기 등을 원래의 장소에서 다른 장소로 옮기는 일
  • 자른 개체의 정상적인 장기나 조직을 떼어서 병이나 외상으로 손상된 부분에 이식함으로서 그 기능을 회복시키는 일(네이버사전)
    • 영어로는 장기이식(移植)은 Organ Transplantation이라 하는데 옮기는 대상이 세포이면 cell, 조직이면 tissue
• 장기이식에는 조직공학, 줄기세포, 인공장기, 이종장기 등의 4분야 기술이 큰 줄기이며, 상호보완적으로 발전
  • 조직공학이란 세포, 생리활성 물질, 기계장치 등을 이용하여 조직과 장기를 만들고 손상된 장기를 치료하려는 노력에서 탄생
  • 줄기세포는 이론상 어떤 조직이나 기관으로도 변할 수 있는 세포를 연구하며, 가장 최근에 성립된 분야
  • 인공장기는 가장 오랜 역사를 갖는 연구 분야로 생체장기를 대체하기 위해 만들어진 기계적 장치를 개발하는 것이 목표
  • 이종장기는 사람이 아닌 동물의 기관을 인체에 이식하는 것을 연구하는 학문으로 본래는 인공장기 연구의 한 갈래

  조직공학

  줄기세포

  인공장기

  이종장기

장기이식에 대한 이해(Ⅰ), 조직공학

• 조직공학은 세포를 이용하여 새로운 생체조직을 만들어 기능을 잃어버린 기존 생체조직을 대체하는 연구 분야
  • 다른 말로는 생체조직공학(Tissue Engineering)이라고도 하며 생명과학과 공학의 개념이 합쳐지면서 탄생한 신학문
    • 세포와 세포증식을 위한 생체재료, 세포 성장․ 분화를 조절할 수 있는 인자를 이용하여 원하는 기능의 생체조직재생을 연구
  • 조직공학의 장점이라면 환자 자신의 세포로 조직을 재구성하기 때문에 부작용의 염려가 적다는 것
    • 이론상 조직공학으로 만든 장기는 정상 장기처럼 손상으로부터 스스로 복구하는 기능이 있으며 어린이의 경우 성장도 가능
• 18세기 말에 태동하여 19세기에 본격적으로 발달하였는데 체내에 이식되기 때문에 몇 가지 까다로운 조건이 필요
  • 1890년 부러진 뼈를 금속판과 나사를 이용해 고정한 것을 시작으로 1908년에는 인체의 무릎관절을 성공적으로 이식
  • 현재 연골, 점막, 각막, 신경, 심장, 근육, 인대 등의 연구가 진행중이며 인공피부, 인공뼈, 인공혈액 등은 상용화
    • 소의 진피로 만든 인공피부, 미국 젠자임(genzyme)사의 무릎 관절용 연골 등이 미국 식의약국(FDA)의 승인을 받음

    3D 프린트 활용

    인공 귀(topnew.in)

    어금니 골격

    젠자임사 카티셀

장기이식에 대한 이해(Ⅱ), 줄기세포

• 가장 최근에 개념이 정립된 줄기세포는 다른 기관이나 조직으로 분화되는 특징 때문에 많은 기대를 받고 있는 연구 분야
  • 1981년 생쥐의 수정란에서 줄기세포를 얻고 이를 이용하여 유전자가 재조합된 생쥐를 생산하는 기술이 개발

    1988년에는 인간의 배아 줄기세포 배양에 성공하였으나 이로부터 인간 생명에 대한 윤리적 문제가 대두되기도 하였음

  • 줄기세포는 개체를 구성하는 세포나 조직의 근간이 되는 세포로 점차 기능이 나뉘어져 조직이나 기관을 구성하는 세포로 분화
    • 태아의 발생과정 중 모든 조직에서 생겨나며, 성인이 되어서도 골수, 상피조직, 심장, 간, 뇌 등 대부분의 조직에서 발견
• 2006년 발표된 역분화 줄기세포는 줄기세포 치료의 새 장을 연 획기적인 사건으로 이로 인해 치료제와 치료기술이 활성화
  • 2006년 일본 교토대 야마나카 신야 교수팀이 생쥐의 피부세포에 생명공학기술을 적용하여 역분화 줄기세포를 만듦
    • 자신의 세포로 만든 줄기세포로 치료받을 수 있으며 윤리적 문제가 없다는 장점으로 2012년 노벨의학상 수상
  • 비교적 최근에 개발된 기술이며 가능성도 무궁하여 세계 각국이 앞 다투어 투자 중이나 안전성 측면에서는 추가 검토가 필요

  역분화 줄기세포?

  유도만능줄기세포라고도 불리며, 분화가 끝난 체세포에 인위적 자극을 줘 분화이전의 상태로 되돌리는 것

  • 쉽게 말해 성숙한 체세포를 젊은 세포로 되돌리는 것
  • 환자의 체세포를 줄기세포로 전환시키므로 면역 거부 반응은 없으나, 높은 종양 발생위험과 낮은 분화 효율이 단점

장기이식에 대한 이해(Ⅲ), 인공장기

• 인공장기는 간단히 정리하면 사람의 손으로 만든 장기를 말하며 의학의 역사만큼이나 오랜 역사를 자랑
  • 과거에는 의치, 틀니, 의수족 등이 포함된 개념이었으나 현재는 체내에 집어넣는 대체장기만을 의미
    • 의치 등의 역사는 고대 이집트 시대부터 시작하여 그리스·로마,고대 중국, 일본, 남미의 마야까지 모든 문명에 걸쳐 유구함
  • 현재는 금속과 고분자 물질로 신체 조직과 유사한 부품을 만들고 특정 기능을 수행하도록 하는 공학적인 접근이 대부분
    • 연구과정에서 파생된 많은 장비로는 인공심폐기, 혈액투석기,인공폐 등 의료용 기기로서 많은 생명들을 구하는데 기여

  이식용 인공신장

  인공 폐

  최초의 인공심장

  인공판막

• 현재 가장 발달한 분야는 인공심장이며 일부는 실용화되어 있으나 소형화 등의 문제가 걸림돌
  • 1982년 미국의 버니 클락씨에게 적용된 최초의 인공심장(Jarvik-7)은 냉장고 크기의 외부기기로부터 동력을 공급받아야만 작동했었음
    • 현재는 고분자재료와 소형 모터 덕분에 많이 소형화되었으나 아직도 혈전이 생기는 문제 등에 관해서는 추가 연구가 필요

      심장 자체는 불가능하지만 피를 공급하는 좌심실만 대체 하는 작은 기기나 인공 판막 등은 5년 이상 생존율이 70% 이상일 정도로 안정

장기이식에 대한 이해(Ⅳ), 오늘의 주인공! 이종장기

• 이종장기(異種臟器)의 탄생은 높은 장기 수요에 비해 공급은 대부분 뇌사, 사후의 경우로 한정되어 있는 문제에서 시작
  • 1905년 어린이의 각막을 성인에게 이식하는데 성공한 이래 많은 시도가 있었으나 장기의 수가 워낙 부족하여 큰 진전이 없음
    • 동물의 것을 사람에게 이식한 시도는 1906년 염소의 신장을 사람에게 이식하는 시도가 처음
  • 같은 사람일지라도 몸에서 자신의 신체 일부가 아니라고 판단하는 면역거부반응 문제 때문에 발전이 정체
• 과학기술의 발달로 문제는 면역체계에 있다는 것이 밝혀지고, 장기이식을 필요로 하는 환자는 늘어나면서 점차 연구가 활성화
  • 동물뿐만 아니라 사람 간에도 발생하는 면역체계에 대한 연구가 크게 진전

    면역억제제, 혈전용해제 등의 약학 분야의 발달도 연구발전에 큰 기여

  • 가축을 활용하므로 공급원이 풍부하고 줄기세포, 조직공학 등 주변 학문과의 협업을 통해 맞춤형 장기의 생산도 가능

    장기기증 문화가 부족한 상황에서 선택할 수 있는 윤리적, 도덕적 문제가 가장 적은 대안

  면역억제란?

  일부 유전자가 기능하지 못하도록 제어(Knock-out)하거나 세포에서 면역 유전자가 발현(knock-in)하게 함으로서 면역반응을 최소화 시키는 과정

  • 면역반응은 시간을 기준으로 크게 초급성, 급성, 세포성, 만성으로 나뉨
  • 현재 초급성, 급성, 혈관성 3가지 거부반응을 제어한 ‘사랑이’가 국내 최고의 형질전환 돼지