용인성범죄변호사 오가노이드(Organoid)라는 말은 ‘장기(organ)’와 ‘유사(oid)’를 합친 것이다. 우리 몸의 실제 장기와 비슷한 3차원 구조물을 의미한다. 오가노이드는 시험관에서 배양해 만든다. 오가노이드 개념은 20세기 초, 쥐 배아 세포를 분리하고 재조합해 장기 일부를 형성하는 실험에서 시작됐다. 하지만 오가노이드가 본격적으로 주목받기 시작한 것은 줄기세포 연구가 활성화된 2000년대 초로, 이때 성체 줄기세포와 배아 줄기세포를 이용해 장기의 기본적인 조직을 만들려는 시도가 진행됐다.
하지만 이 시점까지도 복잡한 장기 구조를 재현하기는 어려웠다. 상황이 달라진 것은 2008년이다. 한스 클레버스 네덜란드 위트레흐트대 교수팀이 성체줄기세포로 실제 장기와 유사한 3차원 구조물인 ‘장 오가노이드’를 만드는 데 성공했다.
성체 줄기세포가 특정 성장인자와 함께 배양될 때 스스로 증식하고 분화해 실제 장기의 형태를 갖출 수 있음이 증명된 것이다. 이 발견으로 오가노이드 연구는 폭발적으로 도약했다.
성체 줄기세포 외에 역분화 줄기세포(iPSC)와 배아줄기세포(ESC)가 오가노이드에 도입되면서 연구 범위는 크게 확장됐다. 오스트리아 분자생명공학연구소의 매들린 랭커스터 박사팀은 2013년 인간의 역분화 줄기세포로 ‘대뇌 오가노이드’를 만들어냈고, 이는 뇌 질환 연구에 새로운 길을 열었다. 이 시기에는 뇌, 신장, 간, 폐 등 다양한 장기 오가노이드가 성공적으로 만들어졌다.
초기 오가노이드는 실제 장기보다 기능이 단순했지만, 기술이 발전하면서 혈관·신경 조직을 포함하는 복합 오가노이드를 만들려는 시도가 활발해졌다. 오가노이드를 여러 개 연결하는 ‘오르간 온 어 칩(organ-on-a-chip)’ 기술도 개발돼 신약 개발, 질병 모델링, 맞춤형 치료 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 세르지우 파스카 미국 스탠퍼드대 연구팀은 오가노이드를 여러 개 합친 ‘어셈블로이드’를 활용해 뇌와 유사한 신경망을 구현했다.
최근 미국은 ‘FDA 현대화법 2.0’(FDA Modernization Act 2.0)을 통해 신약 승인 과정에서 동물실험 의무를 폐지했다. 그리고 오가노이드, 오르간 온 어 칩, 인공지능(AI) 기반 독성 예측 모델 등 동물 대체 시험법 시행을 공식 발표했다.
이런 조치는 동물복지 수준뿐만 아니라 신약 개발의 효율성 및 정확도를 높이기 위한 것이다. 한국 식품의약품안전처도 FDA 정책 변화에 발맞춰 동물실험을 줄이기 위한 제도를 추진하고 있다. 이런 움직임은 실험용 쥐 같은 경우 임상에서 효능의 불일치가 나타나며, 시간과 비용 측면에서 효율성이 떨어지기 때문으로 판단된다. 특히 환자 유래 오가노이드를 이용하면 특정 질병이나 개인에게 맞는 약물 효능을 시험할 수 있어 맞춤 의학의 중요한 도구로 쓸 수 있다.
미래 오가노이드 연구 범위는 광범위하다. 장기 이식, 노화 연구, 더 나아가 오가노이드 간 상호작용을 탐구하는 ‘멀티-오르간-시스템(multi-organ-systems)’ 연구가 진행되고 있다. 오가노이드가 고도화하면 동물모델의 한계점으로 설명이 힘들었던 한의학적 치료의 과학적 근거를 확립하거나 다양한 질환 치료를 위한 새로운 패러다임을 만들 수 있을 것으로 기대된다.
# “내가 허가한다니까! 빨리 시행해!”
각종 의료 장치가 붙은 특수 침대에 누운 환자의 얼굴은 창백하다. 호흡은 물론 심장 박동도 감지되지 않는다. 태양계를 한참 벗어나 장거리 이동 중인 우주선 안에서 응급 상황이 벌어진 것이다.
우주선 승객인 오로라 레인(제니퍼 로렌스)은 연인이자 또 다른 승객인 짐 프레스턴(크리스 프랫)을 살리기 위해 고군분투한다. 각종 인증 절차를 건너뛴 채 특수 침대를 운영하는 인공지능(AI)에 즉각 처치를 다급히 명령한다.
특수 침대에서는 기계 팔이 허공을 휘저으며 산소 투여, 제세동과 함께 심폐소생술(CPR)을 시행한다. 각종 처치가 모두 끝나고 흐르는 잠깐의 정적, 그리고 기적처럼 프레스턴이 서서히 눈을 뜬다. 2017년 개봉한 미국 공상과학(SF) 영화 <패신저스>의 한 장면이다.
이 장면은 미래 우주선에서 제공될 첨단 의료 혜택을 상상을 곁들여 묘사한 것이다. 그렇다면 현재 우주에 나가 있는 인류, 즉 지구 궤도의 국제우주정거장(ISS)에 수개월씩 머물며 과학실험을 수행하는 우주비행사들에게 심장마비 같은 재앙이 닥친다면 어떻게 해야 할까. 최근 과학계가 답을 내놓았다. 그런데 그 답이 기존 상식과는 크게 다르다.
무중력에서 ‘손 이용 CPR’ 효과 떨어져
현재 미국 항공우주국(NASA) 응급 구조 지침에는 ISS에 거주하는 우주비행사 가운데 누군가 심장마비로 쓰러지면 동료들이 즉시 달려들어 CPR을 시행하게 돼 있다. 두 손을 겹쳐 팔을 곧게 뻗은 뒤 환자 가슴을 반복적으로 강하게 누르라는 것이다. 여기까지는 지구와 다르지 않은 대처법이다.
그런데 구조 지침에는 특이한 점이 하나 있다. 심장마비 환자 가슴을 압박할 때 CPR 시행자는 ISS 내부 벽을 다리로 강하게 밀라는 것이다. 몸을 고정하기 위한 지지대로 다리를 활용하라는 말이다.
이렇게 희한한 자세를 만들라는 데에는 이유가 있다. ISS에서는 CPR 시행자와 심장마비 환자 모두 무중력 영향으로 몸이 둥둥 뜨기 때문에 지구와 달리 환자 가슴을 세게 누르기가 쉽지 않다. 심장을 누르는 압력을 조금이라도 더 생성하기 위한 고육책인 셈이다.
최근 프랑스 우주국과 로렌대 연구진은 유럽심장학회(ESC) 공식 자료를 통해 이 같은 방식의 CPR이 정말 우주에서 효과가 있는지 확인했다고 밝혔다.
검증 방법은 참신했다. 프랑스 우주국은 자신들이 연구용으로 개조한 여객기를 이륙시킨 뒤 공중에서 반복적으로 급강하시켜 기내에서 무중력을 구현했다. 그러고는 비행기 내부에서 의료용 마네킹을 상대로 CPR을 시행했다.
CPR 때 의료계가 권장하는 가슴의 압박 깊이는 50~60㎜이다. 프랑스 우주국 실험 결과, 무중력이 지배하는 비행기에서 사람 손과 팔로 CPR을 했더니 34.5㎜밖에 누르지 못했다. 심장마비 환자를 살리기에는 한참 모자란 깊이다.
압박장치 효과 우수…우주여행 대비책
반면 기내에서 ‘기계식 자동 압박 장치’를 사용한 결과는 크게 달랐다. 권장 깊이(50~60㎜)에 해당하는 53㎜까지 가슴을 눌렀다. 심장마비 환자를 살릴 수 있는 깊이다.
기계식 자동 압박 장치란 사람 손과 팔을 대신하는 로봇이다. 외관은 거대한 머리띠처럼 생겼다. 연구진은 이 장치를 마네킹 가슴에 올려 작동했다. 전기로 움직이는 기계식 자동 압박 장치의 핵심 기능은 일정한 간격과 힘으로 심장마비 환자 가슴을 쿵쿵 내리찧는 ‘절굿공이’ 모양 부품에서 나온다. 이 절굿공이로 CPR을 정확히 시행하는 것이다.
기계식 자동 압박 장치는 이미 상용화해 의료 현장에서 쓰이고 있다. 의료진이 상반신을 세워 가슴을 압박하기에는 공간이 좁거나 다양한 처치가 한꺼번에 이뤄져야 하는 구급 차량·헬기에서 많이 사용된다. 이미 판매되는 장비이니만큼 지금 당장이라도 우주선에 비치하는 데에 문제가 없다.
사실 지금은 젊고 건강해야 우주비행사에 선발되기 때문에 심장마비 발생 확률 자체가 매우 낮기는 하다. 하지만 미래에는 상황이 다를 것으로 보인다. 연구진은 “앞으로는 우주 관광 등의 목적으로 지구를 떠나는 사람이 늘어날 것”이라고 했다. 우주로 나가는 일이 일반화하면 우주선 탑승에 필요한 신체 조건도 지금보다 느슨해질 공산이 크다. 노약자도 우주선에 탈 수 있다는 뜻이다.
이렇게 되면 기계식 자동 압박 장치가 우주선에 꼭 실려야 할 이유가 생긴다. 연구진은 “향후 우주에서 일어날 가능성이 있는 의료 비상사태에 대비해야 한다”고 설명했다.

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