안토니 아탈라: 사람의 신장을 인쇄하다.

오늘날 커다란 의료 위기가 한 가지 있는데 바로 장기의 부족입니다. 사람들의 수명이 길어진 것입니다. 의학은 수명 연장이라는 면에서는 훨씬 훌륭한 일을 한 셈이죠. 그런데 문제는 우리가 나이가 들면서 장기가 제 기능을 못하는 경우가 많아집니다. 따라서 현재 충분한 수의 장기가 확보되지 않고 있습니다. 실제로 지난 10년 동안 장기가 새로 필요한 환자의 수는 두 배 늘어난 반면 동일한 기간 이식 수술 건수는 거의 제자리에 머물러 있습니다. 이는 대중 전반의 의료 위기입니다.

그래서 재생 의학이라는 분야가 생겨난 것이죠. 여기에는 실제로 다양한 분야가 연계되어 있습니다. 지지체(스캐폴드)라든지 생체 재료 등을 사용할 수 있는데 이건 여러분들 블라우스나 셔츠 조각 같이 생겼지만 환자의 몸에 실제로 이식할 수 있는 특별한 소재라 시술하면 손상된 부위를 재생시킵니다. 아니면 세포만 쓸 수도 있는데 여러분 자신의 세포나 아니면 다른 줄기 세포군을 쓰기도 합니다. 아니면 양쪽을 다 쓸 수도 있죠. 그러니까 실제로 생체 재료와 세포를 함께 쓰는 겁니다. 오늘날 재생의학은 거기까지 와 있습니다.

그런데 이 분야는 사실 새로운 분야가 아닙니다. 여기 이 흥미로운 책은 1938년에 출판된 책입니다. 제목은 "장기의 배양"인데 제1 저자 알렉시스 카렐은 노벨상을 수상했습니다. 오늘날에도 혈관 봉합에 사용되는 몇 가지 기술을 저분이 실제 개발했죠. 그리고 지금도 쓰는 이식용 혈관 가운데 어떤 것은 저분이 실제 고안했구요. 하지만 저 공동 저자에 주목해 주시기 바랍니다. 찰스 린드버그. 잘 아시는 바로 그 찰스 린드버그로 그는 사실 여생을 알렉시스와 함께 뉴욕의 록펠러 연구소에서 장기 배양 분야를 연구했습니다.

그런데 이 분야가 그렇게 오래됐다면 임상적 진전이 별로 없었던 이유가 뭘까요? 이건 실제 여러 가지 문제와 얽혀 있습니다. 하지만 세 가지 문제만 들자면 첫째는 인체에 직접 들어가 오랫동안 버틸 수 있는 재료를 설계하는 일입니다. 하지만 요새는 기술이 많이 발전해서 그것은 비교적 쉽게 할 수 있습니다. 두 번째 문제는 세포였습니다. 충분한 양의 인체 세포를 체외에서 배양할 수가 없었습니다. 지난 20년 간, 우리는 기본적으로 이 문제를 해결했습니다. 이제 많은 연구자들이 다양한 종류의 세포를 배양할 수 있게 된데다 줄기 세포도 있습니다. 하지만 2011년 현재에도 환자로부터 바로 만들어낼 수 없는 세포가 있습니다. 간 세포, 신경 세포, 췌장 세포 등은 현재도 배양할 수 없습니다. 그리고 세 번째 문제는 도관입니다. 우리가 장기나 조직을 일단 재생하고 나면 그 장기나 조직이 살아남기 위해서는 실제 혈액이 공급되어야 하니까요.

이제는 생체 물질을 쓸 수 있습니다. 이게 실제 생체 물질입니다. 이것들을 엮거나 짜고, 또는 여기 보시는 것처럼 만들 수도 있습니다. 이건 솜사탕 기계와 비슷한데요 안쪽으로 분사되는 것이 보입니다. 저건 솜사탕 실 같은 건데 이런 관 형태의 구조물을 만들면 이게 생체 재료인데요, 이것을 이용해서 인체가 재생될 수 있도록 합니다. 자기 세포를 이용해서 말이죠. 여기 보여드리는 것이 바로 그렇게 한 겁니다.

이분은 실제 환자분인데 장기 하나를 못 쓰게 됐죠. 우리는 이러한 스마트 생체재료를 개발하고 바로 그 생체재료를 이용해 그 환자의 못쓰게 된 부위를 대체하고 치료했습니다. 우리가 실제로 뭘 했냐 하면 저 생체 물질을 일종의 다리로 이용해 장기의 세포가 그 다리를 건너도록 했다고 할 수 있습니다. 그렇게 해서 손상 부위를 연결함으로써 조직을 재생시킨 것입니다. 이제 여섯 달이 지난 환자의 X레이 사진에서 재생된 조직을 볼 수 있는데 현미경으로 관찰해보면 조직이 완전히 재생된 것을 확인할 수 있습니다. 우리는 세포만 따로 이용할 수도 있습니다. 이건 우리가 확보한 세포입니다. 특정한 재료로 만들어낸 줄기세포들인데요 심장 세포가 되도록 유도할 수 있습니다. 그러면 배양 과정에서부터 박동하기 시작합니다. 그러니까 뭘 할지 아는 거죠. 세포는 유전적으로 자신의 할 일을 압니다. 그래서 다 같이 박동하기 시작하는 겁니다. 현재 많은 임상 시험에서 여러 가지 다른 줄기 세포를 이용해 심장 질환을 치료하고 있습니다. 그러니까 저게 실제 환자 몸 속에 있는 겁니다.

만약 더 큰 장기를 대체하기 위해 더 큰 인공 장기가 필요하다면 우리는 환자 자신의 세포를 활용하거나 아니면 일부 세포군 생체재료 지지체를 함께 활용합니다. 기본개념은 이렇습니다. 여러분이 장기가 완전히 망가지거나 손상된 경우 그 장기 조직을 아주 조금 우표 한 장의 반보다 작게 떼어냅니다. 그리곤 세포들을 분리해 내고 몸 밖에서 키우는 겁니다. 그런 다음 지지체, 즉 생체재료를 이용합니다. 아까도 말씀 드렸지만 꼭 블라우스나 셔츠 조각 같은데요 그걸 적당한 형태로 만들고 그 위에 세포를 코팅합니다. 한 번에 한 겹씩으로요. 케익을 여러 단 굽는 것과 아주 비슷하죠. 그런 다음 그걸 오븐 같은 기계에 넣으면 그런 구조물이 완성되고 꺼내면 됩니다. 이것은 저희가 만들어낸 심장 판막입니다. 여기 보고 계신 이 인공 심장 판막은 세포를 이식하고 작동을 하도록 한 것입니다. 판엽이 열렸다 닫혔다 하는 것을 보실 수 있습니다. 현재 실험용으로 활용 중이며 계속 더 연구를 진행할 예정입니다.

직접 환자에 적용한 또 다른 기술은 방광과 관련이 있습니다. 저희는 환자의 방광에서 우표 크기의 절반도 안 되는 아주 작은 조각을 떼어냅니다. 그런 다음 세포를 체외에서 배양하고 지지체에 그 세포를 입힙니다. 환자 자신의 세포로 서로 다른 두 종류를 쓰죠. 그런 다음 그걸 오븐 같은 기계에 넣는데 인체와 동일한 조건을 갖추고 있습니다. 섭씨 35도의 온도에 산소 농도 95%입니다. 몇 주가 지나면 인공 장기가 완성되고 환자 몸에 이식할 수 있게 됩니다. 이런 환자들에게는 실제로 이런 재료들을 접합합니다. 우리는 3차원 이미지 분석을 이용하지만 이들 생체재료는 수작업으로 만듭니다.

그런데 세포를 이용해 이와 같은 인공 장기를 만드는 더 좋은 방법이 이제 생겼습니다. 현재 사용하는 어떤 기술에서는 간이라든지 그런 고형 장기가 필요한 경우 어떻게 하느냐 하면 안 쓰고 버리는 간을 이용합니다. 여러분도 아시겠지만 많은 장기가 그냥 버려집니다. 그래서 저희는 이들 안 쓸 간을 가져다 세탁기 같은 기계에 집어넣고 세포를 씻어냅니다. 2주가 지나면 간처럼 생긴 구조물이 생깁니다. 손으로 들어보면 간 같지만 세포는 없습니다. 그냥 간의 골격일 뿐이죠. 그런 다음 이 간에 세포를 재주입할 수 있습니다. 전체 혈관 구조를 그대로 유지하면서 말입니다. 그러니까 전체 혈관에 환자 자신의 혈관 세포를 관류시키고 그런 다음 실질(조직)에 간 세포를 채웁니다. 이 기술을 써서 바로 지난 달에 인체 간 조직을 만들 수 있음을 보일 수 있었습니다.

저희가 쓴 또 다른 기술은 바로 인쇄 기술입니다. 이건 데스크탑 잉크젯 프린터인데 잉크를 쓰는 대신 세포를 씁니다. 여기 프린터 헤드가 움직이면서 어떤 물체를 만드는 것을 보실 수 있는데 이 물체 같은 경우는 약 40분 정도 걸립니다. 3차원 엘리베이터가 있어서 프린터 헤드가 지나갈 때마다 한 번에 한 층씩 내려갑니다. 그러면 나중에 저 구조물이 완성되는 것입니다. 프린터에서 구조물을 꺼내 이식하는 거죠. 그리고 이것은 뼛조각인데요 이 슬라이드에서 보시는 것은 실제로 데스크탑 프린터로 만들어서 여기 보시듯이 이식했습니다. 이것은 완전히 새로운 뼈를 이식한 것입니다. 말씀 드린 기술을 이용해서요.

또 한 가지, 저희가 지금 관심을 갖는 좀 더 발달된 기술 차세대 기술은 좀 더 정교한 프린터입니다. 저희가 지금 설계하고 있는 이 특별한 프린터는 실제로 환자의 몸 위에 바로 인쇄합니다. 여기 보시는 것은 황당하게 들리시겠지만 사실이 그렇습니다. 실제로 어떻게 하느냐 하면 상처 입은 환자를 침대 위에 눕힙니다. 그리고 스캐너를 사용하는데 기본적으로 평판 스캐너 같은 것입니다. 여기 오른편에 보시는 그런 건데 여러분이 보시듯이 스캐너가 우선 환자의 상처를 스캔하고 그 다음에는 프린터 헤드가 지나가면서 환자에게 필요한 부분을 층층이 인쇄하는 것입니다.

보시는 것이 실제 작동 방식입니다. 여기 스캐너가 지나가면서 상처를 스캔합니다. 일단 스캔이 끝나면 세포들이 자리잡아야 하는 정확한 층에 대한 정보를 보냅니다. 이제 여기 보실 장면은 모형 상처 부위에 실제로 작업이 진행되는 모습입니다. 실제로는 젤을 써서, 집어 들 수도 있습니다. 일단 세포들이 환자 몸에 자리를 잡으면 필요한 위치에 가서 고정됩니다. 이건 실제로 새로운 기술이고 아직 개발 중에 있습니다.

저희는 좀 더 발전된 프린터도 연구하고 있습니다. 현실에서 가장 큰 문제는 고형 장기입니다. 여러분들이 아실지 모르겠지만 장기이식 리스트에 있는 환자의 90%는 신장을 기다리고 있습니다. 환자들이 매일 죽어가고 있습니다. 이식에 필요한 신장이 충분치 않기 때문입니다. 그래서 이 문제는 더 어렵습니다. 대형 장기, 도관, 또 혈관 공급도 많아야 하고 세포도 많이 들어갑니다. 그래서 저희 방법은 이건 실제 CT 영상, 엑스레이인데 그러니까 한층 한층 컴퓨터 형상측정 이미지 분석으로 3차원 재구성 기술을 이용해 환자 자신의 신장을 드러냅니다. 그런 다음 신장의 이미지를 구현할 수 있습니다. 360도 회전을 통한 분석으로 전 체적의 특성을 파악합니다. 그런 다음에는 그 정보를 컴퓨터 인쇄를 위한 형태로 스캔합니다. 그래서 저희는 장기의 한층 한층을 지나며 각 층에 대해 분석하게 됩니다. 그 다음에는 여기 여러분들이 보시는 것처럼 그 정보를 컴퓨터에 보낼 수 있고 환자에게 맞는 장기를 설계합니다. 보시는 것이 실제 프린터입니다. 이것은 실제 인쇄 과정입니다.

사실, 프린터를 바로 여기 갖고 왔습니다. 그래서 제가 이야기를 하는 동안에도 이 프린터는 실제로 이렇게 무대 뒤에 계속 서 있었습니다. 저 프린터가 지금 현재 실제로 사용하는 프린터로 여기 보시는 것처럼 신장 구조를 인쇄하고 있었습니다. 신장 하나를 인쇄하는데 약 일곱 시간이 걸리고 여기 이것은 이제 세 시간 정도 작업한 것입니다. 강 박사님께서 무대 앞으로 나오실 건데요 이런 신장 하나를 실제로 보여드리겠습니다. 오늘 미리 인쇄해 놓은 것입니다. 장갑을 끼구요 고맙습니다. 뒤로 돌릴까요. 이 장갑이 저한테는 좀 작네요. 아무튼 여기 있습니다. 여러분이 보고 계신 이 신장이 바로 오늘 인쇄한 것입니다.

(박수)

약간 탄탄한 질감이 있습니다. 이분은 강 박사님이구요, 저와 이 프로젝트를 함께 하고 계십니다. 같은 팀이죠. 강박사님, 고맙습니다.

(박수)

그러니까 이건 새로운 세대의 기술입니다. 여기 무대 위에 보시는 프린터가 실제 프린터구요. 이것이 바로 현재 우리가 연구하고 있는 새로운 기술입니다. 사실 이런 작업은 역사가 꽤 오래 됐습니다. 지금 보여드릴 동영상은 실제 환자에게 적용하는 기술로, 사용된 지 꽤 됐습니다.

아주 짤막한 영상입니다. 30초 정도밖에 안되는데요 실제로 장기를 받은 환자입니다.

(비디오) 루크 마셀라: 저는 정말 아팠어요. 침대에서 거의 벗어나질 못했죠. 학교도 빠져야 했고 아주 비참했어요. 쉬는 시간에 밖에 나가 농구라도 좀 하고 교실로 돌아오면 꼭 기절할 것 같았습니다. 정말 힘들었어요. 기본적으로 평생 신장 투석을 받아야 할 처지였는데 그랬다면 제 인생이 어땠을지 생각하기 조차도 싫습니다. 그러니까 수술 이후로 삶이 정말 나아졌어요. 더 많은 일을 할 수 있었고 고등학교에서는 레슬링도 할 수 있었습니다. 팀에서 주장도 맡았는데 정말 좋았죠. 친구들과 보통 애들처럼 놀 수 있었어요. 방광을 만들 때 제 세포를 썼기 때문에 끝까지 갖고 가는 겁니다. 평생 가는 거죠. 이제 아무 문제 없습니다.

(박수)

후앙 엔리케즈: 이런 실험들은 가끔씩 성공하는데 성공할 때 보면 정말 대단합니다. 루크, 이리 올라와요.

(박수)

그러니까 루크, 어제 저녁 말고 그 전에 마지막으로 안토니 박사님을 본 게 언제죠?

루크: 제가 수술을 받은 10년 전이죠. 뵙게 돼서 정말 좋았습니다.

(웃음)

(박수)

엔리케즈: 지금 무슨 일 하는지 좀 얘기해 줄래요?

루크: 지금은 코네티컷 대학에 다녀요. 2학년이고 커뮤니케이션과 매스 미디어를 전공합니다. 그러고 기본적으로는 그냥 보통 애들처럼 살려고 노력해요. 그게 자라면서 항상 바랬던 거예요. 그런데 척추뼈 갈림증을 가지고 태어나서 신장과 방광이 기능을 못했기 때문에 그게 힘들었죠. 16번 정도 수술을 받았는데 10살 때 신장이 기능을 완전히 상실했을 때는 그런 게 불가능해 보였죠. 그러다 그 수술을 받았는데 덕분에 지금의 제가 있고 제 목숨을 구한 거죠.

(박수)

엔리케즈: 그리고 안토니 박사님은 이런 수술을 수백 건 하셨죠?

루크: 제가 듣기로는 연구실에서 엄청 열심히 일 하신데요 그래서 굉장한 물건을 만드신다고 합니다. 제가 알기로 제가 이 수술을 받은 첫 10명 가운데 하나인데 제가 10살 땐 그게 얼마나 대단한 일인지 몰랐어요. 그 때는 어려서, 그냥 "좋아요, 그거 할래요, 수술 할래요." 그랬죠. (웃음) 그저 바랬던 건 좀 더 건강해지는 거여서 그게 얼마나 대단한 지는 이제까지 몰랐는데 나이가 드니 박사님께서 하시는 일이 얼마나 대단한지 알겠습니다.

엔리케즈: 그러니까 갑자기 우리 연락을 받았는데 안토니 박사님은 정말 겸손한 분입니다. 박사님처럼 겸손하신 분에게서 루크를 데려와도 좋다는 허락을 받느라 저희가 한참 설득을 해야 했습니다. 루크, 커뮤니케이션 교수님들을 찾아뵙고 커뮤니케이션을 전공하니까 TED에 나오겠다는 허락을 받을 때 뭐 그것도 커뮤니케이션하고 상관이 있는데 어떤 반응들을 보이시던가요?

루크: 대부분의 교수님들은 적극 호응해 주셨어요 다들 "사진도 좀 찍어오고 동영상도 보여줘." "좋은 일이다." 그렇게들 말씀하셨어요. 약간 엄격하신 분들이 두세 분 정도 계셨는데 어쨌든 말씀은 드렸죠. 따로 잘 설득을 시켰습니다.

엔리케즈: 만나게 돼서 영광이었어요. 정말 고마워요. (루크: 고맙습니다.)

엔리케즈: 토니, 고마워요.

(박수)