니나 탠돈(Nina Tandon): 조직 공학 덕택에 개인화된 약품을 생산해낼 수 있을까?

여러분들께 제가 연구하고 있는 몇몇 모델에 대한 비디오를 보여드리죠. 그 모델들은 모두 크기도 완벽하고, 단 1 온스(약 30그램)의 지방도 갖고 있지 않죠. 그 모델들이 아주 멋지다고 제가 이야기를 했던가요? 그것들은 과학적인 모델들이에요. (웃음)

다들 짐작하신대로, 저는 조직 공학자입니다. 그리고 보시는 것은 제가 실험실에서 만든 심장이 뛰고 있는 모습입니다. 저는 언젠가는 이런 조직이 인체 기관의 일부를 대체하는 날이 오기를 바라고 있습니다. 오늘 제가 말씀드리고자 하는 것은 이런 조직들이 어떻게 이런 기막힌 모델을 만들어내는가에 대한 것입니다.

음, 우선 잠시 신약 검사 과정을 생각해 볼까요. 먼저 신약이 만들어지면, 실험실 테스트와 동물 실험을 거칩니다. 그리고, 시판하기 전에는 인간을 대상으로 하는 임상실험을 거치게 되죠. 이 과정에는 엄청나게 많은 시간과 돈이 듭니다. 때로는, 신약이 시판된 이후에 예상하지 못한 부작용으로 사람에게 해를 끼치기도 하죠. 그런 문제가 나중에 나타날수록 그 결과는 더 해롭습니다.

이 모든 것은 두 가지 문제로 귀결되는데요. 하나는 사람과 실험용 쥐는 다르기 때문이고요. 두번째는 세상에 믿을 수 없을 정도로 서로 비슷해 보이는 것도 실제로 여러분과 저 사이의 아주 미세한 차이조차도 약을 어떻게 소화하는지, 그리고 약이 어떻게 작용하는지에 따라 엄청난 차이를 초래합니다.

그렇다면 실험용 쥐보다 훨씬 인간에 가깝고 인간이 가진 다양성까지 반영하는 모델을 실험실에서 만들 수 있다면 어떨까요? 조직 공학을 통해서 어떻게 그런 것들이 가능한지 보여드리죠.

정말 중요한 핵심 기술 중의 하나는 유도 만능 줄기세포라 불리는 것이에요. 이건 아주 최근에 일본에서 개발되었습니다. 좋아요. 유도 만능 줄기세포는 말이죠. 이 세포들은 배아 줄기 세포와 매우 흡사합니다. 윤리적 논란이 없다는 것만 제외하고요. 우리는 세포를 발아시킵니다. 좋아요. 피부 세포를 예로 들죠. 피부 세포에 몇 가지 유전자를 주입하여 배양한 후, 이걸 채취합니다. 그러니까 이것은 가공된 피부 세포죠, 말하자면 일종의 기억을 잃은 세포인데, 배아의 상태로 돌아가 있는 것이죠. 따라서 윤리적 논란이 없다는 것이 첫 번째 장점입니다. 두 번째 장점은 이 세포들로 어떤 신체 조직이라도 만들 수 있다는 겁니다. 뇌, 심장, 간, 아시겠죠. 이런 것들을 사람의 체세포로 만들 수 있습니다. 그러니까 우리는 하나의 세포칩으로 심장이나 뇌의 모델을 만들 수 있습니다.

예측 가능한 밀도와 행동을 보이는 조직을 만들어 내는 것이 두번째 단계입니다. 그리고 이것은 신약을 개발하는데 필요한 모델을 얻어내는데 매우 중요한 과정이죠. 이것은 우리 연구실에서 개발한 생물반응기의 기본 설계도입니다. 조직을 조합하고 확장 가능하도록 만드는 데에 도움을 주기 위해 개발된 것이죠. 조금 더 나아가서, 이런 것을 대량으로 병렬 연결시킨 형태를 생각해 보세요. 그 안에 사람의 조직이 수천 개나 들어있게 되는 겁니다. 이건 마치 임상 실험이 하나의 세포칩 위에서 이루어지는 것과 마찬가지죠.

그런데 이 유도 만능 줄기세포들의 또 다른 측면은 우리가 피부 세포를 일부 채취해서, 말하자면, 유전적 질병을 가진 사람들에게서 세포를 채취해서 그것으로 신체 조직을 만들어 내는 거죠. 사실 저희는 이런 조직 공학 기술을 이용해서 실험실에서 그런 질병의 모델을 만들어 냅니다. 여기 이것은 하버드대학의 케빈 이건(Kevin Eggan)의 실험실에서 만들어 낸 사례입니다. 그는 이 유도 만능 줄기세포에서 신경 세포를 만들어 냈는데요. 루 게릭 병을 앓고 있는 환자의 유도 만능 줄기세포에서 신경 세포를 분리해 냈습니다. 놀라운 것은 이 신경 세포들도 그 병의 증상을 가지고 있다는 겁니다. 이런 질병들의 모델로 우리는 병에 대해 예전보다 빠르게 대응할 수도 있고, 더 잘 이해해서 어쩌면 더 일찍 치료약을 찾아낼 수 있을지도 모릅니다. 이것은 환자 맞춤형 줄기세포의 또 다른 사례인데요, 이 줄기세포들은 색소성 망막염을 가진 사람에게서 만들어 냈습니다. 이것은 망막이 퇴화된 것입니다. 제게도 이 질병을 앓고 있는 가족이 있기 때문에 저희는 정말로 이런 것이 치료법을 찾는데 도움이 되길 바랍니다.

이런 모델이 안전하고 좋은 것이라고 생각하는 어떤 이들은 이렇게도 묻죠. "이런 것들이 정말 실험용 쥐만큼 좋은가요?"라고요. 쥐는 결국 전체가 하나의 생명체입니다. 장기들이 서로 연관되어 상호작용을 하죠. 심장병 약은 간에서 대사될 수도 있고 어떤 부산물들은 지방에 축적될 수도 있습니다. 이런 조직 공학적 모델에는 그런 게 없을까요? 음, 이건 이 분야의 또 다른 추세입니다. 조직 공학 기술을 미세 유체 역학과 결합시켜 이 분야는 사실 그런 것을 향해 진화하고 있어요. 신체의 전체 생태시스템에 대한 모델을 만드는 것이 목표지요. 그래서 고혈압 때문에 복용한 약이 간에 어떤 영향을 주는지 혹은 항우울증 치료제가 심장에 어떤 영향을 주는지 실험해 볼 수 있도록 여러 장기 시스템을 가진 완벽한 모델 말이죠. 이런 시스템은 정말 만들기 어렵지만, 우리는 이제 막 그런 목표를 달성하려는 첫 발을 뗀 겁니다. 지켜봐 주세요.

그런데 그게 전부가 아닙니다. 왜냐하면 일단 신약이 허가되면 조직 공학적 기술이 실제로는 더욱 개인 맞춤화된 치료법을 개발할 수 있도록 해주기 때문입니다. 이것은 언젠가 여러분들이 관심을 갖게 될 한 가지 예에요. 여러분들이 그러지 않기를 바라지만, 여러분들이 암에 걸렸다든지 하는 좋지 않은 뉴스를 듣게 되는 경우를 생각해 보세요. 복용하게 될 암 치료약이 여러분들이 가진 암에 작동할지를 실험해보고 싶지 않겠어요? 이것은 카렌 버그(Karen Burg)의 실험실에서 만들어 낸 예에요. 잉크젯 기술을 이용해서 유방암 세포를 프린트해서 진행 과정과 치료법을 연구한 겁니다. 터프츠(Tufts)대학의 제 동료들은 이런 조직 공학적 뼈를 가지고 모델을 융합하여 암이 신체의 한 부분에서 다른 곳으로 어떻게 퍼져나가는지 볼 수 있게 했습니다. 이런 다중 조직 칩이 이런 류의 연구를 하는데 차세대 주자가 될 것 입니다.

우리가 지금 논의했던 모델을 생각해보면 계속 나아가, 조직 공학이 사실 모든 치료 과정에서 신약을 테스트하는 방법을 혁신적으로 바꾸어 나가려는 참입니다: 질병 모델이 더 나은 신약 구조를 만들어 내고, 엄청난 양의 복제 인간 조직 모델들은 실험실에서 동물 테스트와 사람을 대상으로 하는 임상 테스트를 줄이는데 도움을 주고 있습니다. 그리고 사람들이 시장화 하는데 문제가 있다고 생각했던 개인 맞춤화된 처방에도 도움이 되고 있어요. 근본적으로 우리는 분자를 개발하는 것과 그것이 인간의 몸 안에서 어떻게 작용하는지 알아내려는 것 사이의 반복 과정의 속도가 엄청나게 빨라지고 있어요. 이런걸하는 과정은 근본적으로 생명 공학과 약리학을 정보 기술로 바꾸는 것이죠. 그렇게 해서 우리가 신약을 발견하고, 더 빠르게 평가하고, 더 값싸고, 더 효과적인 약을 만들게 도와줍니다. 이것은 동물 실험에 맞서는 모델이라는, 새로운 뜻을 가집니다. 그렇죠? 감사합니다. (박수)