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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
- 중국 연구진이 인공 칩 위에서 배양한 뇌세포를 로봇에 연결하여 로봇을 제어하는 획기적인 시스템인 '메타복(MetaBOC)' 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와 뉴아틀라스, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 이는 인간의 뇌와 기계를 연결하는 '뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)' 기술의 새로운 지평을 열었을 뿐만 아니라, 인공지능(AI)과 생물학적 지능의 융합 가능성을 보여주는 중요한 성과로 기록됐다. 메타복은 뇌세포를 이용하여 로봇을 제어하고 학습시키는 시스템으로, 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 한 걸음 더 다가섰다는 평가를 받는다. 텐진대학교와 남방과학기술대학교 연구팀이 개발한 메타복은 뇌-칩 생체 컴퓨터와 다른 전자 장치의 인터페이스 역할을 수행한다. 즉, 인공적으로 배양된 뇌 오가노이드(미니 뇌)가 전기 신호를 통해 외부 환경을 인지하고, 로봇을 제어해 특정 작업을 수행하도록 돕는 것이다. 이는 인간의 뇌세포를 인공 신체에 이식하는 것을 목표로 하는 '바이오 컴퓨팅' 분야의 혁신적인 발전을 의미한다. 바이오 컴퓨팅은 생물학적 시스템, 즉 뇌세포를 이용하여 정보를 처리하고 계산하는 기술이다. 기존의 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 바이오 컴퓨터는 뇌세포의 벙렬 처리 능력과 에너지 효율성을 활용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있다. 메타복은 이러한 바이오 컴퓨팅 기술을 로봇 제어에 적용함으로써, 로봇의 학습 능력과 지능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기능성을 제시했다. 브레인 온 칩 기술, 로봇 학습 능력 향상:인간 뇌 기능 모방 연구팀은 '브레인 온 칩(Brain-on-chip)' 기술을 활용해 로봇의 학습 능력을 획기적으로 향상시켰다. 브레인 온 칩은 작은 칩 위에 살아있는 뇌세포를 배양하고, 이를 통해 뇌의 복잡한 구조와 기능을 연구하는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 통해 로봇이 물체를 잡고 장애물을 피하는 등 다양한 작업을 수행하도록 훈련시키는 데 성공했다. 특히, 뇌세포를 3차원 구형 오가노이드 형태로 배양해 더욱 복잡한 신경 연결을 형성하도록 유도했다. 또한 저강도 집속 초음파(LIFU) 자극을 통해 뇌 오가노이드의 지능적 기반을 강화해 뇌세포가 더욱 효과적으로 학습하고 정보를 처리할 수 있도록 했다. 이러한 기술적 진보는 로봇이 인간의 뇌처럼 학습하고 문제를 해결하는 능력을 갖추는 데 기여할 것으로 기대된다. 인공지능과 생물학적 지능의 융합: 새로운 지능 시스템의 탄생 메타복 시스템의 가장 큰 특징은 인공지능 알고리즘을 활용하여 뇌세포의 생물학적 지능과 효과적으로 소통한다는 점이다. 이러한 인공지능과 생물학적 지능의 융합은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 새로운 가능성을 제시하며, 인간과 기계의 상호 작용 방식을 혁신적으로 변화시킬 잠재력을 가지고 있다. 인공지능은 데이터 학습을 통해 스스로 문제 해결 능력을 향상시키는 반면, 생물학적 지능은 직관, 창의성, 감정 등 인간 고유의 능력을 발휘한다. 메타복 시스템은 이 두 가지 지능을 결합하여 새로운 형태의 지능 시스템을 구축하는 것을 목표로 한다. 이러한 시스템은 기존의 인공지능이나 인간의 지능만으로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결하는 데 활용될 수 있다. 시뮬레이션 환경에서의 로봇 학습: 안전하고 효율적인 학습 환경 제공 메타복 시스템을 통해 뇌 오가노이드는 시뮬레이션 환경에서 로봇을 제어하고, 장애물 회피, 목표 추적, 물체 파지 등의 작업을 학습하는 데 성공했다. 시물레이션 환경에서의 학습은 실제 뇌세포 손상 없이 효율적인 학습을 가능하게 하며, 다양한 시나리오에서의 학습을 통해 로봇의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 시뮬레이션 기반 학습은 로봇이 실제 환경에 배치되기 전에 다양한 상황에 대한 경험을 쌓을 수 있도록 하며, 로봇의 안전성과 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 환경에서의 학습 데이터를 분석하여 로봇의 성능을 개선하고 새로운 기능을 추가하는 데 활용할 수 있다. 윤리적 문제와 기술적 과제: 인간 존엄성과 안전성 확보 하지만 이러한 뇌-칩 인터페이스 기술은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 접시에서 배양되는 뇌세포는 과연 의식이 있는 것인가. 인공지능 또한 의식이 있다고 봐야 하는가. 생물학적 지능과 실리콘 기반 지능의 윤리는 다르다고 봐야 하는가 등의 의문을 제기한다. 이러한 시스템이 의식을 발달시킨다고 가정해 보면, 실제로 이 시스템으로 테스트 하는 것이 윤리적으로 옳은 일인지, 아닌지를 결정해야 할 수도 있다. 인공 뇌세포를 이용한 로봇 제어가 인간의 존엄성을 침해할 수 있다는 우려와 함께 뇌세포의 생존 유지 및 시스템 안정성 확보 등 해결해야 할 과제도 많다. 또한 뇌-칩 인터페이스 기술이 발전함에 따라 인공지능과 인간 지능의 경계가 모호해지면서 철학적인 논쟁도 불가피할 것으로 보인다. 따라서 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 개발 과정에서는 윤리적 문제와 기술적 과제를 충분히 고려해야 한다. 인공 뇌세포 사용에 대한 명확한 윤리적 지침을 마련하고, 뇌세포의 안전한 관리 및 시스템의 안정성 확보를 위한 기술 개발에 힘써야 한다. 또한 인공지능과 인간 지능의 한계에 대한 사회적 논의를 통해 기술 발전에 따른 잠재적 문제점을 예방하고 해결 방안을 모색해야 한다. 미래 사회 변화의 촉매제: 의료, 로봇 공학, 인공지능 분야의 혁신 그럼에도 불구하고, 이번 연구는 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 발전 가능성을 보여주는 중요한 성과다. 앞으로 메타복 시스템과 같은 기술은 의료, 로봇공학, 인공지능 등 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 예를 들어, 뇌졸중이나 착수 손상 환자의 제활 치료, 인공지능 로봇 개발, 뇌 질환 연구 등에 활용될 수 있다. 특히, 메타복 시스템은 인간의 뇌 기능을 모방하는 인공지능 개발에 새로운 가능성을 제시한다. 인간의 뇌는 정교한 정보 처리 시스템으로, 현재의 인공지능 기술로는 완벽하게 모방하기 어렵다. 하지만 메타복 시스템과 같은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 통해 인간의 뇌 기능을 더욱 심층적으로 이해하고 이를 인공지능 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 인간과 기계의 융합이라는 새로운 시대를 앞당기는 중요한 발걸음이 될 것이다. 앞으로 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 어떻게 발전하고 우리 사회에 어떤 영향을 미칠지 주목된다.
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[퓨처 Eyes(42)] 인간 뇌세포 로봇, 현실로…중국, 뇌-칩 융합 로봇 '메타복' 개발 성공
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일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발
- 일본 과학자들이 살아 있는 인간 피부를 로봇 얼굴에 붙여 웃는 모습이 사람과 같이 자연스러운 로봇을 개발했다고 BBC방송이 전했다. 로봇 개발은 도쿄 대학 연구팀이 수행했으며 그 결과는 '셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)' 저널에 실렸다. 이에 따르면 일반 상식을 뛰어넘는 획기적인 방법의 로봇 개발은 사람의 피부 세포조직을 복제하는 것에서 비롯됐다고 한다. 개발된 프로토타입 로봇은 사람처럼 보인다기보다는 하리보에 더 가깝게 느껴진다. 하리보는 일본의 젤리 브랜드다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 이번 로봇의 개발은 쉽게 파손되지 않는 자가 치유 피부를 가진, 설득력 있고 현실적인, 움직이는 휴머노이드 로봇을 만드는 길을 열어줄 것이라고 기대했다. 인공 피부는 인간의 살아있는 세포를 사용하여 실험실에서 복제해 만들어졌다. 연구팀은 만들어진 피부가 진짜처럼 부드러울 뿐만 아니라, 상처가 나거나 심지어 잘리더라도 스스로 복구할 수 있다고 설명했다. 과거에도 인공 피부를 부착하려고 시도했지만 쉽지 않았다. 당시 개발팀은 작은 고리(미니 후크)를 앵커로 사용하려고 시도했지만, 로봇이 움직일 때 부착한 피부가 손상되는 결과를 가져왔다. 사람의 경우 피부는 인대(유연한 콜라겐과 엘라스테인으로 이루어진 작은 밧줄)로 묶여 있다. 연구진은 이 같은 기본 구조를 재현하기 위해 로봇에 많은 작은 구멍을 뚫고, 콜라겐이 포함된 젤을 적용한 다음, 그 위에 인공 피부층을 접합했다. 젤은 로봇에 뚫린 구멍을 막고 피부를 로봇에 결합한다. 연구팀의 수석 연구원인 다케우치 쇼지 교수는 "인간의 피부 및 인대 구조를 모방하고 고체 물질에 특수 제작된 V자형 천공을 사용함으로써 피부와 로봇을 결합하는 방법을 발견했다"고 설명했다. 다케우치 교수는 이어 "피부의 자연스러운 유연성과 강력한 접착 방법을 통해 피부가 찢어지거나 벗겨지지 않고 로봇과 결합해 일체가 되어 움직일 수 있다"고 부연했다. 연구원들은 이 기술이 상용화되기 위해서는 앞으로도 수년 동안의 테스트가 필요할 것이라고 말했다. 특히 중요한 과제는 로봇 피부 내부에 정교한 작동기, 즉 근육을 통합해 인간과 같은 표정을 만드는 것이라고 연구진은 밝혔다. 이 연구는 앞으로 사람들의 실제 성형 수술을 포함해 피부 노화 방지, 화장품 개발 등의 분야에서도 유용할 수 있다는 기대다.
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일본 도쿄대 연구진, 살아 있는 인간 피부로 웃는 로봇 개발
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[퓨처 Eyes(39)] 유전자 편집 기술 eePASSIGE, 인간 세포 치료 효율 극대화
- 혁신적인 유전자 편집 기술이 최근 개발돼 낭포성 섬유증 등 수백, 수천 개의 돌연변이 유형으로 발생하는 난치성 유전 질환 치료에 새로운 가능성을 제시했다. 기존 유전자 편집 기술은 제한적인 범위 내에서만 변화를 줄 수 있었지만, 이번에 개발된 신기술은 건강한 유전자 복사본을 원래 위치에 직접 삽입해 치료 효과를 극대화할 수 있다. 미국 매사추세츠 공과대학(MIT)과 하버드 브로드 연구소 연구팀은 인간 세포에서 전체 유전자를 삽입하거나 대체할 수 있는 획기적인 유전자 편집 시스템인 'eePASSIGE'를 개발했다. 해당 내용은 네이처와 PHYS등 다수 외신이 지난 10일(현지시간) 집중 조명했다. 이번 연구는 브로드 연구소의 데이비드 리우(David Liu) 박사가 이끌었으며, 단일 유전자 치료법 개발에 중요한 발판을 마련할 것으로 전망된다. 'eePASSIGE'로 명명된 이 프라임 편집 시스템은 기존 유사 방식보다 몇 배 더 효율적인 유전자 전체 치료를 가능하게 하여, 유전 질환 치료의 새 지평을 열 것으로 기대된다. 이 신기술은 최대 100~200개 염기쌍까지 다양한 변화를 유도하는 프라임 편집과 함께 개발된 재조합 효소를 활용한다. 이 재조합 효소는 수천 염기쌍에 달하는 큰 DNA 조각을 유전자(게놈)의 특정 위치에 효율적으로 삽입할 수 있다. 다시 말하면, eePASSIGE는 기존의 유전자 편집 기술보다 훨씬 더 효율적이고 정확하게 유전자를 조작할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 특히 기존 기술에서는 어려웠던 대규모 유전자 편집이 가능해, 수천 염기쌍 길이의 대규모 유전자 삽입도 가능하다. 따라서 이 기술은 낭포성 섬유증처럼 수백 또는 수천 개의 돌연변이 유형 중 하나에 의해 발생하는 질병 치료에 혁신적인 변화를 가져올 수 있다. eePASSIGE는 또 다른 유전자 편집 기술에 비해 오류율이 낮아 정확하게 원하는 유전자 변형을 일으킬 수 있다. 게다가 손상된 유전자를 교체하거나 정상적인 유전자를 삽입하는 방식으로 다양한 유전자 질횐을 치료할 수 있는 잠재력이 있다. 이번 연구 결과는 유전자 편집 기술이 단순히 유전자 일부를 수정하는 것을 넘어 전체 유전자를 효과적으로 치료하는 단계로 진입했음을 보여준다. 이는 난치성 유전 질환 치료에 새로운 희망을 제시하며, 향후 유전자 치료 분야의 발전을 가속화할 것으로 보인다. 연구 결과는 저명한 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)'에 게재되어 학계의 주목을 받고 있다. 유전자 편집 기술 유전자 편집은 살아있는 유기체의 DNA를 직접 수정하여 질병을 치료하거나 원하는 특성을 부여하는 기술로, 유전자 보강과 유전자 치료라는 두 가지 방식으로 구현된다. 1970년대 시작된 유전자 조작 기술은 '유전자 가위' 크리스퍼(CRISPER)의 등장과 함께 혁명적인 발전을 이루었다. 특히 3세대 유전자 가위인 크리스퍼-Cas9는 DNA를 정교하게 자르고 붙이는 기술로, 생명과학 분야의 '게임 체인저'로 평가받는다. CRISPER-Cas9는 Cas9 단백질과 CRISPR RNA를 이용해 특정 DNA 부위를 정확하게 절단하고, 원하는 유전자를 삽입하거나 삭제할 수 있다. 이 기술은 유전 질환 치료, 농작물 개량 등 다양한 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대된다. 크리스퍼-Cas9 이전에도 다양한 유전자 편집 기술이 개발되었다. 2009년에서 2010년 사이에 개발된 '탈렌(TALENs)'은 염기 서열을 인식하는 단백질을 사용하여 DNA를 절단하고 변형하는 기술이다. 또한, '징크 핑거(ZFN)' 기술은 인간 게놈 유전자의 3%에서 발견되는 아연 집게 단백질을 이용하여 DNA를 인식하고 절단한다. 최근에는 CRISPR-Cas9 기술을 변형하여 DNA 염기 서열을 직접 변형하는 '베이스 편집' 기술도 등장했다. 유전자 가위 크리스퍼(CRISPER) 지난 10년 동안 크리스퍼(CRISPER)는 DNA를 쉽고 정확하게 편집할 수 있는 능력으로 생물의학계와 생명과학계에 큰 반향을 일으켰다. 크리스퍼는 인체의 DNA 조각이나 그 화학(소위 후생 유전학)을 정확하게 수정할 수 있으므로 생명의학 과학에서 임상 용도로 사용할 수 있는 잠재적인 도구가 된다. 스탠포드 대학교 생명공학부 부교수이자 사라판 ChEM-H연구소의 스탠리 치 교수는 "크리스퍼는 단순한 도구가 아니다. 기초 과학, 의학, 환경 분야의 오랜 난제를 해결할 수 있는 학문이자 원동력이 되고 있다"고 설명했다. 치 교수는 "최근 미국 식품의약국(FDA)이 겸상 적혈구 빈혈과 베타 지중해빈혈을 치료하는 최초의 크리스퍼 약물인 캐스게비(Casgevy)를 승인한 것은 다른 질병에 대한 안전성과 잠재력을 말해준다"고 부연했다. 캐스게비는 2021년 10월 FDA로부터 승인된 암 치료제로 특정 유형의 혈액암 치료에 사용되고 있다. '겸상 적혈구 빈혈'은 적혈구에 있는 돌연변이가 있는 질병이다. 일반적으로 잦은 수혈이나 일치하는 기증자의 골수 이식 외에는 치료법이 없다. 이는 비용이 많이 들고 환자의 전반적인 건강에 해를 끼친다. 크리스퍼를 사용하면 일회성 치료를 수행해 돌연변이를 영구적으로 교정하는 것이 가능하다. 크리스퍼를 사용해 잠재적으로 치료를 고려할 수 있는 유전병은 8000가지가 넘는다. 현재 크리스퍼는 설정하는 데 몇 주 밖에 걸리지 않으며, 설정 비용은 수 백달러가 조금 넘는다. 연구진은 유전자 편집 기술의 효율성을 높이기 위해 끊임없이 노력하고 있다. 기존 프라임 편집 기술은 수십 염기쌍까지 변화를 유발하는 데 효과적이었지만, 수천 염기쌍에 이르는 전체 유전자를 원래 위치에 삽입하는 데에는 한계가 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 머지않아 유전자 편집 기술은 더욱 정교하고 효율적인 도구로 발전할 것으로 전망된다. eePASSIGE 유전자 편집 기술 이번 연구는 유전자 질환 치료에 있어 돌연변이 유형에 상관없이 치료 가능성을 높이고, 주변 DNA 서열을 보존하여 유전자 발현 조절을 정확하게 유도할 수 있다. 앞서 2021년 리우 박사 연구팀은 이러한 목표 달성을 위한 중요한 단계를 발표했다. 연구팀은 '트위핀(twinPE)'이라는 프라임 접근 방식을 개발해 게놈에 재조합 효소 '착륙 지점'을 설치하고, 천연 재조합 효소인 Bxb1을 사용하여 새로운 DNA를 프라임 편집된 표적 위치에 삽입하는 방법을 제시했다. 하지만 PASSIGE(prime-editing-assisted site-specific integrase gene editing)라고 불리는 이 기술은 일부 유전자 질환 치료에만 효과적이며 대부분의 질환 치료에는 적용하기 어려운 한계가 있었다. 따라서 이번 연구에서는 PASSIGE의 편집 효율을 높이는 데 초점을 맞췄다. 연구 결과, 재조합 효소 Bxb1이 PASSIGE의 효율성을 제한하는 요인임을 확인했다. 연구팀은 실험실에서 더 효율적인 Bxb1 변형체를 빠르게 진화시키기 위해 이전에 개발한 PACE(phage-assisted continuous evolution) 도구를 사용했다. 개발된 새로운 변형체(eeBxb1)는 'PASSIGE' 시스템을 개선해 실험 쥐 및 인간 세포에서 평균 30%의 유전자 크기 통합할 수 있게 했다. eePASSIGE 기술을 적용한 이 수치는 기존 기술의 4배, 최근 발표된 PASTE라는 다른 방법보다 약 16배 더 효율적이다. 연구팀은 "eePASSIGE와 개조된 바이러스 유사 입자(eVLPs)와 같은 전달 시스템을 결합해 유전자 편집제의 치료 전달을 제한하는 기존 장애물을 극복하기 위한 연구를 진행하고 있다"고 말했다. 이러한 노력은 유전자 질환 치료에 있어 새로운 가능성을 열 수 있다. 향후 임상 연구를 통해 안전성과 효능을 검증해야 하는 것이 과제다. 이번 연구는 유전자 편집 기술의 발전을 보여주는 중요한 성과다. eePASSIGE 시스템은 다양한 유전자 질환 치료에 효과적인 새로운 치료법 개발에 기여할 수 있으며, 향후 지속적인 연구를 통해 더욱 안전하고 효과적인 유전자 치료법 개발이 기대된다. 하지만 동시에 유전자 편집 기술의 윤리적 문제 또한 해결해야 할 중요한 과제다. 유전자 편집 기술은 인간 유전자를 영구적으로 변화시킬 수 있는 강력한 도구다. 따라서 이 기술을 사용하기 전에 신중한 윤리적 논의와 규제가 필요하다. 또한 유전자 편집 기술의 오남용 가능성도 고려해야 한다. 지속적인 연구와 사회적 논의를 통해 유전자 편집 기술을 안전하고 책임감 있는 방식으로 활용해 인류 건강 증진에 기여해야 할 것이다.
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[퓨처 Eyes(39)] 유전자 편집 기술 eePASSIGE, 인간 세포 치료 효율 극대화
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중국 의료진, "돼지 간 인간 이식 후 정상 회복"…세계 첫 성공사례 가능성↑
- 중국의 71세 남성이 유전자 변형 돼지로부터 간 이식 수술을 받은 후 상당 기간 정상적으로 작동하고 있어 세계 최초의 성공사례가 될 가능성에 대한 기대가 높아지고 있다고 네이처 온라인판이 전했다. 간 이식을 주도한 안후이 의과대학 제1부속병원 외과의인 쑨베이청은 이 남성이 "매우 잘 지내고 있다"고 말했다. 수술에 대한 자세한 내용을 공개하지는 않았지만, 의료진은 수술을 명백한 성공이라고 판단하며 고무돼 있다고 전했다. 이에 미국 인디애나 대학교 의과대학의 이식 외과의인 버신 에커는 "매우 흥미로운 소식"이라고 말했다. 이번에 시행된 71세 남성 환자는 간 우엽에서 큰 종양이 발견됐고, 이는 아직 다른 장기로 전이되지 않았다. 쑨베이청에 따르면 검사 결과 간 기능이 너무 나빠서 절제 등의 수술로 좋은 결과를 얻을 수 없었고, 절제해도 좌엽만으로는 살 수 없는 '매우 위험한' 상태였다. 의료진은 가족의 동의를 받고 병원 윤리 및 이식 위원회로부터 승인을 받아 돼지 간을 이식하기로 했다. 5월 중순, 8시간에 걸친 수술에서 외과 의사팀은 환자의 우엽을 제거하고, 이를 11개월 된 32kg 무게의 소형 돼지의 간 514g으로 대체했다. 돼지 간은 이식 후 거부 증세를 방지하기 위해 쿤밍 윈난 농업대학교에서 10가지 유전자 변형을 거쳤다. 연구팀은 인간 면역체계가 공격하는 돼지 세포 표면의 당 생성에 관여하는 유전자 3개를 비활성화하고, 인간 단백질을 발현하는 유전자 7개를 추가했다. 쑨베이청은 돼지 간 검사에서 돼지 거대세포 바이러스의 존재를 발견하지 못했다고 말했다. 이 바이러스는 수술 후 2개월 만에 사망한 돼지 심장 이식 환자가 일으킨 합병증을 유발했었다. 의료진이 이식된 돼지 간에 혈류를 연결하자, 담즙이 즉시 분비됐다. 담즙 생산량은 첫날 10mL(밀리리터)에서 13일 차에 200~300mL로 증가했다. 건강한 사람은 하루 최소 400mL의 담즙을 분비한다. 의료진은 12일차에 실시한 생검을 포함해 장기가 거부되는 징후를 본 적이 없다고 말했다. 정상적인 간 기능을 회복한 것으로 보였다는 것이다. 보스턴 소재 매사추세츠 종합병원의 이식 감염병 전문가인 제이 피시먼은 "매우 긍정적인 결과"라고 진단했다. "일반적으로 장기가 거부반응을 보인다면 그 정도의 좋은 징후는 보이지 않는다"는 것이다. 그러나 만성 거부의 징후가 나중에 나타날 수는 있다고 지적했다. 쑨베이청은 환자에 대한 수술 후 10일차 검사에서 "아직 간이 성장하는 징후를 보이지는 않았지만, 여전히 낙관적"이라고 말했다. 그는 궁극적으로 환자의 좌엽이 완전한 간 기능을 수행할 만큼 충분히 커질 수 있도록, 돼지 간이 그 중간 다리 역할을 하게 되기를 희망한다고 기대했다. 한편, 2022년 초부터 외과의들은 돼지 심장, 신장, 흉선을 4명의 환자에게 이식했다. 3명은 이식을 받은 지 몇 달 만에 사망했고, 의료진은 그들의 사망이 이식에 의한 것인지는 판단하기 어렵다고 말했다. 지난 4월 중순에 수술을 받은 한 뇌사 환자는 현재 생존해 있다. 일련의 경험을 통해 의료진은 ‘한 종에서 다른 종으로 장기를 옮기는’ 이종이식의 가능성을 타진할 수 있었다. 임상의들은 이 기술이 언젠가는 기증 장기를 기다리다가 사망하는 수많은 환자들에게 장기를 공급할 수 있을 것으로 희망하고 있다. 올들어 특히 간 이종이식이 급증했다. 2024년 1월 미국 의료팀은 임상적으로 사망한 뇌사 환자의 신체에 유전자 변형 돼지 간을 이식했다. 지난 3월에는 중국 시안 공군의대 시징병원 이식외과의 커펑 더우 의료팀이 그 환자의 가족과 합의해 10일 동안 게놈 편집된 돼지 간을 이식했다. 이식 후 거부 증상은 나타나지 않았다. 그리고 5월 초 중국의 또 다른 의료팀이 돼지의 신장과 간을 뇌사자에게 이식한 바 있다. 한편, 미국에서 유전자 변형 돼지 심장과 신장을 인간에게 이식한 사례가 다수 있었다. 2021년 미국에서 최초의 돼지 심장 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 이듬해인 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 현재까지 돼지 심장 이식의 장기적인 생존 기록은 없다. 2024년 3월 16일 미국 매세추세츠 종합병원에서 릭 슬레이먼(62) 씨가 처음으로 유전자 변형 돼지 신장 이식 수술을 받았다. 그는 약 7주 후인 지난 5월 11일 사망했다. 현재 54세의 여성 리사 피사노 씨가 지난 4월 유전자 변형 돼지 신장 이식 수술을 받고 치료 중에 있다. 심부전과 신부전을 동시에 앓고 있었던 피사노 씨는 지난 4월 12일 유전자 변형 돼지 신장을 이식받은 두 번째 환자가 됐다. 피사노 씨는 그에 앞서 지난 4월 4일 뉴욕대 랭곤 헬스(NYU Langone) 센터에서 심장 보조장치를 이식받았고, 8일 뒤인 4월 12일 유전자 변형된 돼지 신장과 함께 흉선(thymus gland) 이식 수술도 받았다. 뉴욕대 랭곤 헬스 센터는 지난 4월 24일 피사노 씨에게 세계 최초로 기계 심장 보조 장치와 유전자 편집 돼지 신장을 동시에 이식하는 혁신적인 수술을 성공적으로 완료했다고 발표했다.
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중국 의료진, "돼지 간 인간 이식 후 정상 회복"…세계 첫 성공사례 가능성↑
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중국 의료진, 세계 최초 줄기세포로 당뇨병 치료
- 중국 연구진이 세계 최초로 줄기세포 치료법을 사용해 59세 남성의 당뇨병을 치료했다고 밝혔다. 59세 남성인 이 환자는 2021년 세포 이식을 받았고, 지난 2022년부터는 당뇨 약물 치료를 받지 않고 있다고 데일리메일이 전했다. 이번 줄기세포 당뇨병 치료에는 인슐린을 생성하고 혈당 수치를 정상으로 유지하는 췌장의 인공 세포를 만드는 것이 포함됐다. 남성 환자는 25년 동안 제2형 당뇨병을 앓고 있었고 췌장 세포의 기능이 거의 모두 상실된 상태였다. 그는 당뇨병성 혼수상태에 빠지는 것을 막기 위해 매일 여러 차례 인슐린 주사를 맞아야 하는 등 치명적인 합병증의 위험도 높았다. 중국에서의 당뇨병 치료 사례(사실임을 전제로)는 당뇨병 환자가 음식 등 생활 방식을 바꾸지 않고도 혈당을 자연적으로 조절하는 신체의 능력을 회복하는 것이 가능하다는 점을 시사하고 있다. 이 치료법은 신체가 기능하는 데 필요한 다양한 유형의 세포로 전환될 수 있는 공백 상태의 줄기세포를 사용했다. 적절한 조건에서 줄기세포는 뇌, 근육, 신장, 심지어 췌장 조직으로도 변할 수 있다는 것이다. 이번 치료에서는 환자의 줄기세포를 췌장 세포로 바꾸는 화학 칵테일을 사용했다고 한다. 이 세포가 인슐린을 생산하는데, 에너지 생성을 위해 섭취하는 음식에서 당분을 언제 끌어와야 하는지를 신체에 알려준다. 당뇨병 환자의 경우 췌장은 혈당을 조절하기에 충분한 인슐린 생산 및 조절 능력을 상실한다. 혈액에 당분이 너무 많거나 너무 적으면 신경 손상, 신장 손상, 심장병 등 합병증이 발생할 수 있다. 의사들이 중국 환자에게서 관찰한 내용에 따르면, 실험실에서 배양한 인슐린을 생산할 수 있는 새로운 세포를 환자에게 이식함으로써 환자는 다시 정상적으로 인슐린을 생산할 수 있었다고 연구팀은 밝혔다. 캐나다 브리티시컬럼비아 대학교의 세포 및 생리학 교수인 티모시 키퍼는 사우스차이나모닝포스트와의 인터뷰에서 이 연구가 당뇨병 줄기세포 치료 분야에서 중요한 발전을 의미한다고 말했다. 이번 성과가 당뇨병 치료에 고무적이지만 시장에서 받아들여지기까지는 아직 갈 길이 멀다는 지적이다. 키퍼 교수는 더 많은 환자들을 대상으로 줄기세포 치료법을 테스트하고, 연구 규모를 확대할 수 있는 방법을 찾아야 한다고 제안했다. 현재 줄기세포를 췌장 세포로 바꾸어 제대로 작동하게 만드는 것은 매우 복잡하고 시간이 많이 걸리며 비용도 많이 든다. 이 방법이 여러 환자들에게 가능할 수 있게 하기위해서는 그 과정을 더 쉽게 만들어야 할 것으로 보인다. 이 연구는 또 일반적인 당뇨병인 제2형 당뇨병을 치료하는 데에만 효과가 있을 가능성이 있다. 연구팀은 췌장이 면역체계의 공격을 받은 제1형 당뇨병 환자는 면역체계가 새로 이식된 세포를 거부할 수 있기 때문에 이 치료법 적용이 어려울 수 있다고 밝혔다. 아직 넘어야 할 장애물이 남아 있음에도 불구하고, 줄기세포 치료는 현재 당뇨병을 앓고 있는 3840만 명의 미국인과 당뇨병 발병 단계인 9760만 명의 미국인에게 큰 희망이 될 수 있다. 이 연구 결과는 '셀 디스커버리(Cell Discovery)' 저널에 게재됐다. 이는 줄기세포를 여러 장기 세포로 전환하는 방법에 대해 여러 국가에서 수십 년간 진행한 연구 결과다. 연구팀은 줄기세포 기술은 성숙해졌으며 당뇨병 치료를 위한 재생 의학 분야의 경계를 넓혔다고 말했다. 이번 연구는 상하이에 있는 세 기관(상하이 창정병원, 중국과학원 산하 분자세포과학 우수센터, 렌지병원) 간의 협력으로 이루어졌다. 키퍼 교수는 앞으로 이 치료법이 당뇨병 환자를 만성 약물 부담에서 해방시키고, 건강과 삶의 질을 향상시키며, 의료비 지출을 줄일 수 있을 것이라고 기대했다.
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- IT/바이오
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중국 의료진, 세계 최초 줄기세포로 당뇨병 치료
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[퓨처 Eyes(38)] 10년 안에 로봇으로 머리 이식 가능할까?
- 인공지능(AI) 기술의 급격한 발전은 의료 분야에도 혁신적인 변화를 가져오고 있다. 특히, 벤처기업 브레인브리지(BrainBridge)가 발표한 인공지능(AI) 로봇을 이용한 머리 이식 시스템은 10년 안에 머리 이식(Head Transplant)이 현실화될 수 있다는 가능성을 제시하며 전 세계적인 주목을 받고 있다. 신경과학 전문매체 뉴로사이언스뉴스와 뉴아틀라스 등 다수 외신에 따르면 브레인브리지는 최근 최첨단 로봇 외과의사가 머리 이식 수술을 주도적으로 수행하는 기술 개발을 발표했다. 브레인브리지의 혁신적인 머리 이식 시스템 1997년 개봉한 오우삼 감독의 액션 영화 '페이스 오프(Face/Off)'의 숀 아처(존 트라볼타 분)와 캐스터 트로이(니콜라스 케이지 분)의 얼굴 이식 장면이 생각나는 지점이다. 영화 속 숀은 청부 테러범 케스터의 얼굴과 목소리까지 완벽하게 복제해 흥미진진한 볼거리를 제공했다. 브레인브리지는 하셈 알-가일리(Hashem Al-Ghaili) 박사가 설립한 기업으로, 그는 뉴럴링크(Neuralink)를 두피 마사지처럼 보이게 하는 움직임으로 알츠하이머 등 중증 장애를 가진 사람들에게 새로운 삶을 선사하기 위해 머리와 얼굴 전체 수술을 하고자 한다고 전했다. 브레인브리지는 고속 로봇 시스템과 AI 알고리즘을 활용하여 기증자의 머리를 환자의 몸에 이식하는 시스템을 개발하고 있다. 이 시스템은 척수, 신경, 혈관을 정밀하게 연결하고, 독점적인 화학 접착제와 폴리에틸렌 글리콜을 사용하여 절단된 뉴런을 재생하는 혁신적인 기술을 접목했다. 이는 기존의 수술 방식으로는 불가능했던 복잡한 수술 과정을 자동화하고, 성공률을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다. 불치병 치료의 새로운 희망 알-가일리 박사는 지난해 10 소셜 미디어 X(구 '트위터')를 통해 "첨단 로봇공학과 완전한 머리와 안면 이식 절차를 수행하는 세계 최초의 머리 이식 시스템인 브레인브리지를 발표하게 되어 기쁘다"고 말했다. 그는 이 기술이 말기 암, 전신 마비, 알츠하이머, 파킨슨병 등 현대 의학으로 치료가 어려운 불치병 환자들에게 새로운 삶의 기회를 제공할 수 있다고 강조한다. 알-가일리 박사는 8년 안에 첫 수술을 목표로 척수 복구와 같은 난제를 해결하기 위해 최고의 인재를 영입하고 있으며, 척수 수술 성공을 시작으로 머리 이식까지 점진적으로 나아갈 계획이다. 윤리적 논쟁과 기술적 과제 하지만 이러한 혁신적인 기술 발표는 의료계와 사회 전반에 걸쳐 뜨거운 논쟁을 불러일으키고 있다. 2017년에도 알-가일리 박사가 머리 이식 수술을 제안했지만 아직 실현되지 않았으며, 척수 손상 복구와 같은 기술적 문제는 여전히 극복해야 할 과제로 남아있다. 또한, 뇌 이식과 관련된 윤리적인 문제, 예를 들어 개인의 정체성, 기억, 감정 등에 대한 논의는 사회적 합의가 필요한 부분이다. 미래 의료 기술의 발전과 논쟁 브레인브리지의 머리 이식 시스템은 아직 초기 단계이며, 대기 명단 신청도 불가능한 상황이다. 그러나 이 기술은 미래 의료 기술 발전의 가능성을 보여주는 동시에, 생명 윤리, 사회적 영향 등 다양한 측면에서 심층적인 논의를 촉발하고 있다. 머리 이식에 가장 큰 도전 과제 중 하나는 신경 연결이다. 이식된 머리가 신체와 제대로 연결되기 위해서는 수 많은 신경망이 정확하게 연결되어야 한다. 또한 이식된 머리와 신체가 제대로 소통하기 위해서는 혈관이 성공적으로 연결되어야 하며, 이는 수술 중에서도 매우 복잡한 과정이다. 적절한 혈류와 산소 공급이 없으면 조직이 손상될 수 있다. 의학계자는 현재의 의학 기술로는 이렇게 복잡한 신경 연결을 성공적으로 수행하는 것은 매우 어렵다고 밝혔다. 머리 이식은 기술적으로 매우 복잡하며, 수술의 성공 가능성도 낮다. 머리 이식 수술을 받은 사람은 심리적으로 큰 충격을 받을 수 있다. 자신의 신체가 다른 사람의 것이라는 인식은 심각한 정체성 혼란과 정신적 문제를 일으킬 수 있다. 또한 사회적 수용 및 법적 문제도 중요하다. 앞으로 브레인브리지의 기술 개발 과정과 함께, 머리 이식과 관련된 윤리적, 사회적 논쟁은 더욱 활발하게 진행될 것으로 예상된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(38)] 10년 안에 로봇으로 머리 이식 가능할까?
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세계 최초 iPS 세포 치료제, 일본 스타트업 쿼오립스서 승인 추진
- 일본 스타트업 쿼오립스가 심장병 치료를 위한 인간 유도만능줄기세포(iPSC) 유래 치료제에 대한 세계 최초 정부 승인을 신청한다고 닛케이가 24일(현지시간) 보도했다. 오사카대 계열의 쿼오립스는 관상동맥 질환 환자의 심장에 이식할 수 있는 iPS 세포 심장 조직 시트를 개발했으며, 이르면 6월 초 일본 후생노동성에 제조 및 판매 신청을 제출할 계획이다. 임상 시험에서 치료받은 8명의 환자 모두 긍정적인 결과를 보였고, 최소 한 명은 심장 기능이 크게 개선된 것으로 보고됐다. 기존 중증 관상동맥 질환 치료는 심장 이식이나 심실 보조 장치가 필요했지만, 이 심장 조직 시트는 내시경 수술로 삽입 가능해 덜 침습적이다. 심장 질환은 일본에서 두 번째로 흔한 사망 원인이며, 이 중 관상동맥 질환이 약 30%를 차지한다. 2020년 기준 일본의 관상동맥 질환 환자는 약 72만 명으로 추정되며, 전 세계적으로는 2억4000만 명이 넘는 것으로 알려져 있다. 일본 정부는 2014년부터 재생 의학 촉진을 위해 제한된 임상시험을 거친 치료법에 조건부 승인을 부여하고 있으며, 쿼오립스도 이 제도를 활용할 계획이다. 쿼오립스 사장 겸 CEO 쿠사나기 타카유키는 "2025년에 조건부 승인을 받는 것을 목표로 한다"고 밝혔다. 2017년 설립된 쿼오립스는 다이이치 산쿄, 테루모, 미쓰비시 상사 등으로부터 투자를 받았으며, 2023년 도쿄증권거래소 성장주 시장에 상장했다. 쿠오립스의 심장 조직 시트는 최고 기술 책임자이자 오사카 대학 교수인 요시키 사와의 40년 연구를 바탕으로 개발됐으며, 교토대학교 iPS 세포 연구 및 응용 센터에서 공급하는 iPS 세포를 사용한다. 쿠오립스는 다른 질병에 대한 임상시험도 준비 중이다. 일본에서 심장 이식과 세포 치료는 일반적으로 1000만 엔(약 8716만 원) 이상의 비용이 들며, 쿠오립스의 심장 조직 시트도 비슷한 가격 또는 그 이상으로 책정될 것으로 예상된다. 한편, iPS체료는 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용해 질병을 체료하는 새로운 방법이다. iPSC는 우리 몸의 피부 세포나 혈액 새포와 같은 성체 세포를 특수한 기술로 인공적으로 만든 만능 줄기세포다. 만능 줄기세포는 인체를 구성하는 모든 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있다. iPSC는 환자 본인의 세포로부터 만들어지기 때문에 면역 거부 반응이 거의 일어나지 않는다ㅣ. 이는 장기 이식 등에 큰 장점이 될 수 있다. 또한 iPSC는 배아를 사용하지 않기 때무네 배아 줄기세포와 관련된 윤리적 문제를 피할 수 있다. 반면, 툭정 유전자들을 도입하는 과정에서 발생할 수 있는 돌연변이와 같은 위험이 존재할 수 있다. 아울러 원하는 세포로 정확하게 분화시키는 기술이 아직 완벽하지 않으면, 이는 임상 적용에 있어서 중요한 도전 과제이기도 하다.
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- IT/바이오
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세계 최초 iPS 세포 치료제, 일본 스타트업 쿼오립스서 승인 추진
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뉴럴링크, FDA 허가로 6월 중 두 번째 환자 대상 뇌 임플란트
- FDA(미국식품의약국)의 공식 허가에 따라 일론 머스크의 바이오 칩 스타트업 뉴럴링크(Neuralink)가 두 번째 뇌 이식 수술을 시행할 예정이라고 월스트리트저널, ARS테크티카 등 외신이 21일(현지시간) 전했다. 뉴럴링크는 29세의 사지마비 환자 놀란드 아르보를 대상으로 첫 번째 브레인 칩을 뇌에 임플란트해 컴퓨터 커서를 움직이게 하는 등의 실험을 진행해 왔다. 최근 보도에서 아르보에 이식된 칩에 약간의 버그가 생겼으며, 뇌에 이식된 전극이 있는 실(스레드)의 15%만이 제대로 작동했던 것으로 알려졌다. 나머지 85%의 스레드는 상실되었으며, 외부 신호를 거의 또는 전혀 수신하지 못했다고 한다. 그러나 뉴럴링크는 뇌 신경계의 이상으로 신체 장애를 겪는 환자를 대상으로 칩 임플란트 실험을 계속한다는 방침이며, 이번에 FDA로부터 두 번째 환자를 대상으로 하는 칩 이식 수술 허가를 받았다. 이에 뉴럴링크는 공식 블로그를 통해 경추 척추 손상 또는 루게릭병으로 손 사용이 어려운 환자를 대상으로 칩 이식 신청을 받는다고 전했다. 뉴럴링크는 이달 초 블로그에서, 칩에는 머리카락보다 가는 64개의 스레드가 연결되며 각 스레드에는 16개의 전극이 달려 총 1024개의 전극이 탑재돼 신호를 전달한다고 밝혔다. 전극이 달린 스레드는 디코딩될 수 있는 신호를 기록하기 위해 뉴런 근처에 외과적으로 이식된다. 스레드가 연결된 칩은 현재는 거의 사용하지 않지만 50원짜리 동전 정도의 크기이며, 여기에는 선호처리, 전기공급, 통신 등의 기능이 집약돼 있다. 아르보에게는 이식된 칩의 경우 앞서 기술했듯이 전극의 85%가 수축하면서 자리를 이탈해 연결이 끊어졌다. 전극의 15%만 작동하면서 데이터 전송량이 크게 줄어든 것. 이상이 발생한 칩을 점검하는 과정에서 뉴럴링크는 신경 신호를 디코딩하는 전극 데이터의 손상 부분 알고리즘을 조정할 수 있었으며 현재는 안정화된 상태라고 밝혔다. 월스트리트저널은 뉴럴링크가 두 번째 시험 참가자에게 칩을 외과적으로 이식하기 위해 준비하고 있는 상황을 보도했다. 뉴럴링크는 6월 중 2차 수술을 실시한다는 계획이며, 대상자를 선정하면 곧바로 수술에 나설 예정이다. 뉴럴링크는 미세한 와이어를 환자의 뇌 조직 깊숙이 이식하기만 하면 스레드가 제자리를 유지할 수 있을 것이라고 예상했다. 이에 따라 뉴럴링크는 아르보의 뇌 이식에 사용된 3mm~5mm 깊이가 아닌 8mm의 스레드를 이식할 계획이며, 이 역시 FDA로부터 승인을 받은 것으로 알려졌다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 칩은 수년 동안 연구개발과 실험을 지속해 왔다. 2006년에는 사지마비 환자가 이메일을 열고, 장치를 작동하고, 의수와 로봇 팔을 제어하는 데 사용할 수 있는 ‘신경 커서’를 제어할 수 있는 첫 번째 브레인 칩 사례를 보고했다. 사용된 칩은 96개의 전극을 장착한 유타 어레이(Utah Array)였으며, 이는 뇌 조직에 최대 1.5mm까지 침투할 수 있었다.
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- IT/바이오
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뉴럴링크, FDA 허가로 6월 중 두 번째 환자 대상 뇌 임플란트
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세계 최초 돼지 신장 이식 환자 사망
- 세계 최초로 유전자 변형 돼지 신장을 이식한 미국 남성 리처드 릭 슬레이먼이 7주만에 향년 62세로 사망했다. 과학 전문매체 뉴아틀라스는 13일(현지시간) 유전자 변형 돼지 신장을 최초로 이식받은 인간 수혜자가 안타깝게도 세상을 떠났음에도 불구하고 여전히 의학적 이정표이자 성공으로 간주되고 있다며 이같이 보도했다. 슬레이먼 씨가 획기적인 수술을 받았던 매사추세츠 종합병원(MGH)의 수술팀은 성명을 통해 그의 사망이 신부전의 결과로 간주되지 않는다고 밝혔다. 병원 측은 지난 11일 성명을 통해 "매사츄세츠 종합병원 이식팀은 릭 슬레이먼 씨의 갑작스러운 사망에 깊은 슬픔을 느낀다"고 말했다. 그러면서 "우리는 그것이 그의 최근 이식의 결과라는 징후를 발견하지 못했다. 슬레이먼 씨는 전 세계 수많은 이식 환자들에게 희망의 등불로 영원히 기억될 것이며, 우리는 이종 이식 분야를 발전시키기 위한 그의 신뢰와 의지에 깊이 감사드린다"고 표했다. 슬레이먼 씨는 지난 3월 16일 유전자 변형 돼지 신장 이식 수술을 받았다. 그는 새 신장을 이식받은 지 며칠 만에 걸어 다닐 수 있었고, 약 2년 동안 신장의 기능을 유지할 수 있을 것으로 예상됐다. 슬레이먼은 7년 간의 투석 끝에 2018년 같은 병원에서 인간 신장 이식 수술을 받았으나 5년만에 신장이 망가져 투석 치료를 재개했다. 그는 2018년 인간 신장 이식의 합병증으로 인해 지난해 신장을 제거한 후 지난 3월 돼지 신장을 이식한 뒤 일주일에 세 번씩 받던 투석 치료도 중단할 수 있었다. 슬레이먼은 말기 신장 질환을 앓고 있었으며 울혈성 심부전증도 앓고 있었다. 병원 측에 따르면, 신장은 매사추세츠 주 케임브리지의 이제네시스(eGenesis)가 인간 수혜자에게 해로운 유전자를 제거하고 특정 인간 유전자를 추가하여 호환성을 향상시키기 위해 유전자 편집된 돼지로부터 제공되었다고 한다. 회사는 또한 인간을 감염시킬 가능성이 있는 돼지 고유의 레트로바이러스를 비활성화했다. 사인은 아직 발표되지 않았지만, 그의 가족은 성명을 통해 이 획기적인 수술이 이종 이식의 발전에 긍정적인 결과를 가져왔다고 말했다. 미국에서는 약 9만 명이 신장 이식 대기자 명단에 올라 있으며, 이 중 상당수는 이식을 받기 전에 사망한다. 슬레이먼의 가족은 성명에서 "릭은 이식 후 이식을 받은 이유 중 하나가 생존을 위해 이식이 필요한 수천 명의 사람들에게 희망을 주기 위해서였다고 말했다"면서 "릭은 그 목표를 달성했으며 그의 희망과 낙관주의는 영원히 지속될 것이다. 그는 모든 환자, 연구자, 의료 전문가에게 영감을 주는 유산이 될 것"이라고 밝혔다. 이제네시스도 5월 11일 소셜 미디어에 "슬레이먼 씨는 진정한 선구자였다"며 "그의 용기는 신부전으로 고통받는 현재와 미래의 환자들을 위한 길을 개척하는 데 도움이 되었다"는 글을 게재했다. 슬레이먼의 가족은 이 획기적인 '생명 연장' 수술이 사랑하는 가족과 발전하는 이종 이식 분야 모두를 위한 선물이라고 주장했다. 그의 가족은 "우리 가족은 사랑하는 릭이 갑자기 세상을 떠난 것에 대해 깊은 슬픔을 느끼지만, 그가 많은 사람들에게 영감을 주었다는 사실에 큰 위안을 삼고 있다"면서 "전 세계 수백만 명의 사람들이 릭의 이야기를 알게 되었다. 우리는 그가 보여준 낙관주의에 위로를 받았으며 지금도 여전히 위로를 받고 있다"고 전했다. 또한 수술을 집도한 전담팀에 "이종 이식을 이끈 그들의 엄청난 노력 덕분에 우리 가족은 릭과 함께 7주를 더 보낼 수 있었고, 그 기간 동안의 추억은 우리의 마음과 정신에 남을 것"이라며 감사를 표했다. MGH 팀도 이에 공감하며 "슬레이먼 씨의 가족과 사랑하는 사람들이 그를 아는 모든 이들에게 관대함과 친절함으로 감동을 주었던 특별한 사람을 기억하며 진심으로 애도를 표한다"라고 전했다. 슬레이먼 씨의 신장 이식 수술은 세 번째로 진행된 이종 이식(Xenotransplant)이며, 돼지 장기를 살아있는 인간에게 이식하는 시술이었다. 이에 앞서 2021년 미국에서 최초의 돼지 심장 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 이듬해인 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 현재까지 돼지 심장 이식의 장기적인 생존 기록은 없다. 현재 54세의 여성 리사 피사노 씨가 지난 4월 유전자 변형 돼지 신장 이식 수술을 받고 치료 중에 있다. 유전자 변형 기술은 돼지의 DNA를 정확하게 수정해 인체가 동물 기관을 이물질로 인식하고 거부하는 것을 방지한다. 지난 4월 12일, 심부전과 신부전을 동시에 앓고 있는 뉴저지 여성 리사 피사노 씨가 유전자 변형 돼지 신장을 이식받은 두 번째 수혜자가 되었다. 피사노 씨는 그에 앞서 지난 4월 4일 뉴욕대 랭곤 헬스(NYU Langone) 센터에서 심장 보조장치를 이식받았고, 8일 뒤인 4월 12일 유전자 변형된 돼지 신장과 함께 흉선(thymus gland) 이식 수술도 받았다. 뉴욕대 랭곤 헬스 센터는 지난 4월 24일 피사노 씨에게 세계 최초로 기계 심장 보조 장치와 유전자 편집 돼지 신장을 동시에 이식하는 혁신적인 수술을 성공적으로 완료했다고 발표했다.
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- 생활경제
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세계 최초 돼지 신장 이식 환자 사망
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일론 머스크의 바이오 스타트업 뉴럴링크, 뇌 임플란트 첫 오작동
- 일론 머스크(Elon Musk)의 스타트업인 뉴럴링크(Neuralink)가 최근 인간에게 임플란트(이식)한 바이오 칩 일부가 오작동, 뇌에서 캡처할 수 있는 데이터의 양이 줄어들었다는 사실을 밝혔다고 CNBC 등 외신이 보도했다. 뉴럴링크는 신체 마비 환자가 자신의 생각만으로 외부 장치, 즉 컴퓨터 커서를 제어할 수 있는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)를 구축했다. 뉴럴링크의 웹사이트에 따르면 링크(Link)라고 불리는 이 회사의 시스템은 인간의 머리카락보다 가는 64개의 ‘실’에 1024개의 전극을 사용하여 신경 신호를 기록한다. 임플란트는 두개골에서 잘라낸 비슷한 크기의 구멍에 심어진 4분의 1 크기의 작은 퍽(puck) 같은 용기 안에 프로세싱 칩, 배터리, 통신 기능 등을 삽입한다. 퍽은 64개의 실을 가지고 있는데, 각각은 16개의 전극을 갖는다. 마지막 몇 mm의 실을 뇌의 운동 피질에 삽입하는데, 여기서 전극은 사람의 의도를 추론하기 위해 해독될 수 있는 신경 신호를 읽고 중계한다. 지난 1월, 뉴럴링크는 안전성을 테스트하기 위한 연구의 일환으로 29세 환자 놀랜드 아르보(Noland Arbaugh)에게 이 장치를 이식했다. 회사는 아르보가 3월에 BCI를 사용하는 동안 라이브 비디오를 스트리밍했으며, 뉴럴링크는 4월 블로그 게시물에서 “수술이 매우 잘 진행됐다"고 밝힌 바 있다. 그러나 뉴럴링크는 최근 블로그 게시물에서 ”이후 몇 주 동안 아르보의 뇌에서 수많은 실이 오작동해 명령을 수행하지 못했다“고 적었다. 이는 유효 전극 수가 크게 줄어들어 링크가 커서를 움직이는 속도와 정확성 측정 능력이 떨어졌음을 의미한다. 뉴럴링크는 뇌 조직에서 얼마나 많은 양의 실이 용도 폐기되었는지 공개하지 않았다. 다만 임플란트의 성능이 저하되었음에도 불구하고 뉴럴링크는 아르보가 체스를 두는 모습을 실시간으로 시연할 수 있었으며, 이는 BCI 기술의 도약을 의미하는 것으로 해석됐다. 회사 측은 환자를 대상으로 한 첫 번째 테스트였기 때문에 어려움은 예상됐던 일이었다고 밝히고, 이 문제는 해결될 것이며 향후 임플란트가 더 많은 데이터를 가져오고 환자에게 더 큰 기능과 혜택을 제공할 수 있을 것이라고 자신했다. 블로그 게시물에서는 또 오작동에 대한 해결 방법으로, 회사가 녹음 알고리즘을 수정하고 사용자 인터페이스를 향상했으며 신호를 커서 움직임으로 변환하는 기술을 개선하는 데 주력했다고 소개했다. 뉴럴링크는 한때 임플란트한 시스템의 제거까지도 고려한 것으로 알려졌으나, 월스트리트저널에 따르면 발생한 문제가 아르보의 안전에 직접적인 위험을 초래하지 않았기 때문에 실행되지는 않았다. 뉴럴링크도 이 부분을 블로그 게시물에 언급했다. 뉴럴링크는 아르보가 뇌 조직에서 일부 실이 제거됐지만 주중에는 하루 약 8시간 동안 회사의 BCI 시스템을 사용하고 있으며 주말에는 하루 최대 10시간까지 사용하고 있다고 말했다. 아르보도 블로그에서 링크가 "명품 과부하"와 같으며, 링크가 "세계와 다시 연결하는 데 도움이 되었다”고 말했다. 한편 BCI 시스템을 구축하는 경쟁사는 뉴럴링크 외에도 여럿 존재하는 것으로 알려졌다. 이 기술은 사실 수십 년 전부터 학문적으로 탐구되어 왔다. 뉴럴링크의 경우 미국 식품의약국(FDA)의 기술 상용화 승인을 받기 전에 안전성과 효능 테스트를 거쳐야 한다. 회사는 FDA에 발생한 오작동 문제를 해결하고, 두 명의 환자에 대한 추가 이식을 희망했다고 부연했다. 올해 말까지 10명에게 시스템을 이식한다는 계획이다.
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일론 머스크의 바이오 스타트업 뉴럴링크, 뇌 임플란트 첫 오작동
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[먹을까? 말까?(9)] 비타민D, 장내 세균 증가로 암 면역에 도움
- 비타민 D가 장내 세균을 증가시켜 암 면역에 효과가 있다는 연구 결과가 나왔다. 최근 생쥐를 대상으로 이루어진 연구에 따르면 비타민 D는 암 면역 반응을 강화시키는 데 도움이 될 수 있다는 가능성을 제시했다고 폭스뉴스와 신경과학 뉴스 등이 보도했다. 이 연구는 지난 25일 과학 저널 '사이언스(Science)'에 게재되었으며 영국 프랜시스 크릭 연구소, 미국 국립암연구소(NCI), 덴마크 올보르그 대학교의 연구팀이 공동으로 진행했다. 연구팀은 비타민 D가 풍부한 식단을 제공한 쥐가 실험적으로 이식된 암에 대해 더 나은 면역 저항성을 갖고 면역요법 치료에 대한 반응이 개선됐다고 밝혔다. 연구 결과에 따르면 비타민 D가 풍부한 식단을 섭취한 생쥐는 장내 미생물총(gut microbiome) 조성이 변화해 암에 대한 면역 반응이 더욱 강력해졌다. 특히 비타민 D는 암 면역 반응을 개선하는 것으로 알려진 박테로이데스 프라길리스(Bacteroides fragilis)균의 수치를 증가시켰다. 연구팀은 비타민 D를 섭취한 생쥐에서 암 면역 치료에 대한 반응이 더욱 향상되었으며 새로운 종양 발생에 대한 면역력도 더 강력해졌다고 보고했다. 이 효과는 유전자 편집을 사용해 혈액 내 비타민D와 결합하여 조직에서 멀리 떨어져 있는 단백질을 제거할 때도 나타났다. 다만, 연구팀은 이전 연구에서 비타민 D 수준과 암 위험 사이의 잠재적 연관성이 제시되었기 때문에 이것이 인간에게 적용되는지 확인하려면 추가 연구가 필요하다고 지적했다. 연구 팀은 쥐 실험에서 박테리아만으로 더 나은 암 면역력을 제공할 수 있는지 테스트하기 위해 정상적인 식단을 제공하는 쥐에게 박테로이데스 프라길리스를 투여했다. 이 쥐들은 종양 성장에 더 잘 저항할 수 있었지만 비타민 D가 부족한 식단을 제공한 쥐는 그렇지 않았다. 이전 연구에서는 비타민 D 결핍과 인간의 암 위험 사이의 연관성을 제안했지만 증거가 결정적이지는 않았다. 이를 조사하기 위해 연구팀은 덴마크에서 150만 명의 데이터를 분석했는데, 이는 낮은 비타민 D 수치와 높은 암 발병 위험 사이의 연관성이 있음이 나타났다. 연구의 선임저자인 카에타누 레이스 이 소자(Caetano Reis e Sousa) 박사는 "이번 연구 결과는 놀랍다. 비타민 D는 장내 미생물총을 조절하여 특정 박테리아의 증식을 촉진할 수 있으며 이 박테리아는 생쥐의 암에 대한 면역력을 강화시켜준다"며 "이 연구 결과는 향후 인간의 암 치료에 중요한 역할을 할 수 있다"고 말했다. 한편, 연구팀은 아직 비타민 D가 왜 "양호한" 미생물총을 촉진하는지 정확히 규명하지 못했다. 논문의 공동저자인 에반겔로스 기암파조리아스(Evangelos Giampazolias) 박사는 "이 질문에 답을 얻을 수 있다면 미생물총이 면역 체계에 미치는 영향에 대한 새로운 지견을 얻을 수 있으며 암 예방이나 치료에 있어 흥미로운 가능성을 열어줄 수 있다"고 말했다. 연구팀은 또한 비타민 D가 암 면역에 미치는 영향에 대한 정확한 기전을 밝히기 위한 추가 연구가 필요하다고 강조했다. 소자 박사는 "비타민 D가 장내 미생총을 어떻게 조절하여 암 면역을 향상시키는지 이해하면 암 치료에 새로운 전략을 개발하는 데 도움이 될 수 있다"라고 말했다. 이 연구는 비타민 D가 암 치료에 중요한 역할을 할 수 있는 가능성을 제시하지만, 더 많은 연구가 필요하다는 점을 명심해야 한다. 암 환자는 비타민 D 수치를 확인하고 의사와 상담하여 자신에게 적합한 치료 계획을 세워야 한다. 영국 암 연구(Cancer Research UK)의 연구 정보 관리자인 Nisharnthi Duggan 박사는 “우리는 비타민 D 결핍이 건강 문제를 일으킬 수 있다는 것을 알고 있다. 그러나 비타민 D 수치와 암 위험을 연관시킬 수 있는 증거는 충분하지 않다"고 말했다. 한편, 영국에서는 지난 3월 비타민 D를 과다 섭취한 남성이 사망한 사례에 대해 집중 보도되면서 전문가들은 비타민D 독성에 대해 경고하기도 했다. 89세 남성 데이비드 미치너가 지난해 비타민D 과다 섭취로 인해 체내에 칼슘이 축적되는 고칼슘혈증으로 사망한 후, 서리 검시관은 규제 기관에 비타민 D의 과다 섭취의 위험성에 대해 소비자에게 경고를 촉구하는 보고서를 발표한 것. 비타민 D는 뼈 건강 유지 및 다양한 신체 기능 지원에 필수적이지만 과도한 섭취는 여러 가지 부작용을 유발할 수 있다. 비타민 D 중독 증상으로는 갈증과 메스꺼움, 과도한 배뇨 등이 있다. 한국의 경우 식약처에서 권장하는 성인의 비타민D 일일 섭취량은 400IU이다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(9)] 비타민D, 장내 세균 증가로 암 면역에 도움
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세계 최초로 심장보조장치와 돼지 신장 이식 수술 동시 수행
- 미국에서 세계 최초로 심장 보조 장치와 유전자 변형 돼지 신장 이식을 동시에 집도한 수술이 성공적으로 완료됐다. 이는 미국 남성에게 유전자 변형 돼지 신장 이식 수술을 성공적으로 시행한 지 한 달만에 이뤄진 놀라운 진전이다. 25일(이하 현지시간) CNN에 따르면, 뉴욕대 랭곤 헬스(NYU Langone) 센터는 24일 세계 최초로 기계 심장 보조 장치와 유전자 편집 돼지 신장을 동시에 이식하는 혁신적인 수술을 성공적으로 완료했다고 발표했다. 수술을 받은 환자는 뉴저지 주에 거주하는 54세 여성 리사 피사노(Lisa Pisano) 씨다. NYU 랭콘은 보도자료를 통해 피사노 씨는 심부전과 말기 신장질환을 앓고 있어 정기적인 투석 치료가 필요했다고 밝혔다. 하지만 피사노 씨의 다른 만성적인 건강 문제로 인해 기존의 심장이나 신장 이식을 할 수 없었으며, 미국 전체 기관 기증 부족 역시 장애 요인이 되었다고 NYU 랭콘은 설명했다. 피사노는 기자 회견에서 "이 기회가 처음 나에게 왔을 때 '꼭 해봐야 돼'라고 생각했다. 다른 모든 치료도 해봤고 다른 모든 자원도 다 떨어졌다. 그래서 이 기회가 왔을 때 '이것을 이용해볼 거예요'라고 말했다"고 밝혔다. 그녀는 "손자들과 함께 시간을 보내고 놀고 싶어요"라고 덧붙였다. 현재 미국에서는 이식 수술에 필요한 장기보다 장기 기증자가 훨씬 적다. 매일 17명이 장기 기증을 기다리는 중 사망하며, 신장이 가장 부족한 장기다. 미국 장기 조달 및 이식 네트워크(OPTN)에 따르면 2023년 약 2만7000개의 신장이 이식되었지만 약 8만9000명이 해당 장기 기증을 기다리는 대기 명단에 올라와 있다. 전문가들은 동종 이식(Xenotransplantation, 동물 기관을 사람에게 이식하는 수술)이 장기 부족 문제를 해결하는 데 중요하다고 말했다. 유전자 변형 기술은 돼지의 DNA를 정확하게 수정해 인체가 동물 기관을 이물질로 인식하고 거부하는 것을 방지한다. 피사노 씨는 지난 4월 4일 심장보조장치를 이식 받았고, 이어 4월 12일에는 유전자 변형된 돼지 신장과 함께 흉선(thymus gland) 이식 수술도 받았다. NYU 랭곤은 이번 사례가 기계 심장 보조 장치를 가진 환자에게 처음 시행된 장기 이식이며, 생존 수혜자에게 이루어진 두 번째 유전자 변형 돼지 신장 이식이자 처음으로 흉선과 함께 이식된 사례라고 밝혔다. 최초로 유전자 변형된 돼지 신장을 이식받은 릭 슬레이먼(Rick Slayman, 62 남성) 씨는 지난 3월 매사추세츠 종합병원에서 수술을 받았으며 이달 초 퇴원했다. 슬레이먼 씨의 신장 이식 수술은 세 번째로 진행된 동종 이식(Xenotransplant)이며, 돼지 장기를 살아있는 인간에게 이식하는 시술이었다. 그에 앞서 또한 두 명의 환자에게 돼지 심장 이식이 시행되었지만 이들은 이식 후 몇 주 만에 사망했다. 2021년 미국에서 최초로 돼지 심장을 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 피사노 씨는 신장 질환 외에도 심부전을 앓고 있으며 심장 스텐트 삽입과 여러 번의 심장 도관 조영술을 받았다고 NYU 랭곤이 제공한 영상에서 밝혔다. 피사노 씨의 남편인 토드 씨는 영상을 통해 2020년에 피사노 씨가 대장암 진단을 받고 대장의 '큰 부분'을 절제 수술을 받았다고 밝혔다. 수술을 집도한 로버트 몽고메리(Robert Montgomery) NYU 랭곤 이식 연구소 소장은 영상에서 "피사노 씨는 점점 더 악화되고 있었으며 실제로 그녀의 기대수명은 며칠 또는 몇 주 단위로 측정될 수 있었다"고 말했다. 그는 기자 회견에서 피사노 씨의 상황을 "의료적 ‘뒤틀린 논리(Catch-22)’"라고 표현했다. 캐치-22(Catch-22)는 미국 작가 조셉 헬리의 소설 '캐치-22'에 등장하는 용어로 모순적이고 딜레마 상황에 놓여 있는 어쩔 수 없는 경우를 말한다. 몽고메리 박사는 "피사노 씨는 심부전과 신부전을 모두 앓고 있었지만/장과 신장 모두 기능 부전을 일으켰지만 다른 건강 상태 때문에 심장과 신장 동시 이식 수술 후보자가 아니었다"라고 말했다. 그녀의 담당 의사들은 미국 식품의약국(FDA)으로부터 다른 치료 방법이 없는 말기 환자에게 임상시험용 의료 제품을 사용할 수 있도록 하는 확대 접근 또는 "동정적 사용" 정책에 따라 새로운 시술을 할 수 있도록 허가를 받았다. 이 신장은 인간 항체가 인식하여 공격할 수 있는 '알파갈(alpha-gal)'이라는 동물 세포 표면에서 발견되는 당의 생산을 담당하는 유전자를 파괴하도록 유전자 조작된 돼지에게서 나왔다. 면역에 중요한 역할을 하는 돼지의 흉선은 피사노의 면역 체계가 이 장기를 인식하도록 돕기 위해 신장 덮개 아래에 배치됐다. 몽고메리 박사는 이 사례에서 돼지에게 사용된 유전자 편집은 살아있는 인간을 대상으로 한 다른 이종 이식에 사용된 것보다 훨씬 간단하다고 밝혔다. 그는 "우리는 우리가 해결하고자 하는 문제, 즉 장기의 희소성을 실제로 해결할 수 있는 기회를 갖게 될 것이며, 유전자 편집이 복잡할수록 편집된 유전자를 무리로 번식시킬 수 있는 가능성은 낮아진다고 말했다. 이어 "모든 돼지를 각 장기별로 복제해야 한다. 이는 쉽게 확장할 수 있는 일이 아니다"라고 말했다. 현재 의사들은 거부 반응이나 감염 등의 문제응 예의 주시하고 있다. 의료진은 그녀가 퇴원하기까지 한 달 이상의 치료가 필요할것으로 예상하고 있다.
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- 생활경제
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세계 최초로 심장보조장치와 돼지 신장 이식 수술 동시 수행
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[신소재 신기술(36)] 완두콩 크기 뇌 임플란트 장치 개발
- 미국 라이스 대학 엔지니어들은 인간 환자에게 시연된 가장 작은 이식형 뇌 자극기를 개발했다. 이 완두콩 크기의 뇌 임플란트 장치는 '오버 브레인 테라퓨틱(DOT, Digitally programmable Over-brain Therapeutic)'이라고 불리며, 경추막(두개골 바닥에 연결된 보호막)을 통해 뇌를 자극하는데 사용된다고 사이테크데일리가 22일(현지시간) 보도했다. 제이콥 로빈슨의 라이스 연구실과 신경 공학회사 모티프 뉴로테크(Motif Neurotech), 임상의 사미르 셰스(Sameer Sheth) 박사와 수닐 셰스(Sunil Sheth) 박사가 공동으로 개발한 혁신적인 장치 DOT는 선구적인 자기전기 전력 전송 기술 덕분에 외부 송신기를 통해 무선으로 전력을 공급받을 수 있다. 이 장치는 두개골 바닥에 부착된 보호막을 통해 뇌 자극에 사용될 수 있어 의료 분야에 큰 가능성을 보여주고 있다. 디지털 프로그래밍이 가능한 DOT 장치는 현재의 신경 자극 기반 치료법보다 환자의 자율성과 접근성이 뛰어나고 다른 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)보다 덜 침습적인 치료 대안을 제공함으로써 약물 내성 우울증 및 기타 정신과적 또는 신경학적 장애 치료에 혁명을 일으킬 수 있다. 이 연구는 최근 '사이언스 어드밴시즈(Science Advances)' 저널에 게재됐다. 이 뇌 임플란트 장치의 폭은 9mm(밀리미터)이며 14.5v(볼트)의 자극을 전달할 수 있다. 라이스 바이오테크 런치 패드를 통해 설립된 스타트업 모티프 뉴로테크의 설립자이자 CEO인 로빈슨은 "우리의 뇌 임플란트는 이 자기 전기 효과를 통해 모든 에너지를 얻는다"고 말했다. 모티프 뉴로테크는 신경 장애 치료법을 혁신할 수 있는 BCI의 잠재력을 연구하는 여러 신경공학 회사 중 하나다. 로빈슨은 "신경 자극은 약물 부작용과 효능 부족으로 적절한 치료 옵션이 없는 사람들이 많은 정신 건강 분야에서 치료를 가능하게 하는 핵심 기술"이라고 말했다. 연구팀은 이 장치를 인간 환자에게 일시적으로 테스트하여 운동 피질(운동을 담당하는 뇌 부분)을 자극하고 손의 움직임 반응을 생성하는 데 사용했다. 그 다음 연구팀은 돼지를 대상으로 30일 동안 이 장치가 뇌와 안정적으로 상호작용하는 것을 보여주었다. 향후에는 우울증이나 다른 질환을 가진 환자의 실행 기능을 향상시킬 수 있도록 이 장치를 전두엽피질과 같은 뇌의 다른 부위 위에 삽입할 수도 있다. 기존 삽입형 뇌 자극 기술은 피부 아래 다른 부위에 삽입되어야 하는 상대적으로 큰 배터리로 구동되며, 긴 전선을 통해 자극 장치에 연결된다. 이러한 설계상의 한계로 인해 더 많은 수술이 필요하며, 개인에게 더 많은 하드웨어 삽입 부담, 전선 파손 또는 고장 위험, 그리고 향후 배터리 교체 수술이 필요했다. 라이스대학 연구팀은 외부 송신기를 사용하여 무선으로 장치에 전원을 공급함으로써 배터리를 아예 없앴다. 임상 테스트 및 향후 연구 방향 우즈 박사는 "이전에는 이 정도 크기의 임플란트에는 무선 전력 전송이 불가능했기 때문에 경막을 통해 뇌를 자극하는 데 필요한 신호의 품질과 강도가 불가능했다"고 설명했다. 로빈슨 박사는 이 기술을 집에서 편안하게 사용할 수 있을 것으로 기대했다. 의사가 치료를 처방하고 장치 사용에 대한 지침을 제공하지만, 환자가 치료 방법을 완전히 통제할 수 있다는 것. 로빈슨은 "환자가 집에서 모자를 쓰거나 웨어러블을 착용하여 임플란트에 전원을 공급하고 통신하고, 아이폰이나 스마트워치에서 '이동'을 누르면 임플란트의 전기 자극이 뇌 내부의 신경 네트워크를 활성화할 것"이라고 설명했다. 이 장치를 이식하려면 뇌의 뼈에 장치를 삽입하는 최소 침습 30분의 시술이 필요하다. 임플란트와 절개 부위는 거의 보이지 않으며 환자는 수술 당일 퇴원해서 집으로 돌아갈 수 있다. 베일러 의과대학의 교수이자 연구 부의장, 맥에어 장학생, 컬렌 재단 신경외과 기부 석좌인 셰스 박사는 "심장 박동조율기는 심장 치료의 매우 일상적인 부분"이라면서 "신경 및 정신 질환의 경우 무섭고 침습적일 것 같은 뇌심부자극술(DBS)이 이에 해당한다"고 비유했다. 셰스 박사는 "DBS는 실제로 상당히 안전한 시술이지만 여전히 뇌 수술이며, 그 위험성으로 인해 이를 기꺼이 받아들이고 혜택을 받을 수 있는 사람의 수가 매우 제한적이다. 그래서 이런 기술이 필요한 것이다. 외래 수술 센터에서 피부 수술에 지나지 않는 30분 정도의 간단한 뇌 임플란트 시술은 DBS보다 훨씬 더 많은 사람들이 받아들일 가능성이 높다라고 설명했다. 그는 "따라서 이 치료법이 더 침습적인 대안만큼 효과적이라는 것을 보여줄 수 있다면 정신 건강에 훨씬 더 큰 영향을 미칠 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 예를 들어 간질과 같은 일부 질환의 경우 장치를 영구적으로 또는 대부분의 시간 동안 착용해야 할 수도 있지만, 우울증이나 강박증과 같은 장애의 경우 하루에 단 몇 분의 자극만으로도 표적 신경 네트워크의 기능에 원하는 변화를 가져올 수 있다. 로빈슨은 다음 단계에 대해 연구 측면에서 "임플란트 네트워크를 만들고, 자극하고 기록할 수 있는 임플란트를 만들어 자신의 뇌 신호를 기반으로 적응형 개인 맞춤형 치료를 제공할 수 있다는 아이디어에 정말 관심이 있다"고 말했다. 한편, 모티프 뉴로테크는 치료법 개발의 관점에서 사람을 대상으로 한 장기 임상시험에 대한 미 식품의약국(FDA) 승인을 받기 위한 절차를 진행 중이다. 이 연구는 로버트 및 제니스 맥네어 재단, 맥네어 의학 연구소, DARPA 및 국립과학재단의 일부 지원을 받았다. ※ 출처: "미니어처 배터리 없는 경막외 피질 자극기" Joshua E. Woods, Amanda L. Singer, Fatima Alrashdan, Wendy Tan, Chunfeng Tan, Sunil A. Sheth, Sameer A. Sheth 및 Jacob T. Robinson, 2024년 4월 12일, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adn0858
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[신소재 신기술(36)] 완두콩 크기 뇌 임플란트 장치 개발
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돼지 신장 최초 이식 환자 퇴원…병원 측 "경과 양호⋯집에서 요양"
- 세계 최초로 유전자 조작 돼지 신장 이식을 받은 릭 슬레이먼(62·남성)씨가 수술 2주 만인 3일(이하 현지시간) 퇴원했다고 CNN이 4일 보도했다. 미국 매사추세츠 종합병원은 성명을 통해 "그는 잘 회복하고 있으며 집에서 가족과 함께 계속 요양할 것"이라고 밝혔다. 슬레이먼 씨도 병원 성명을 통해 "오늘 병원을 떠나는 순간은 제가 오랫동안 바라고 있던 매우 기쁜 일이며, 오랜만에 건강이 좋아졌다"라고 말했다. 매사추세츠 종합병원의 외과의사들은 지난 3월 16일 처음으로 유전자 변형된 돼지 신장을 살아있는 인간 환자에게 이식했다. 슬레이먼 씨가 지난해 말 말기 신장 질환 진단을 받은 후 의사들은 돼지 신장 이식을 시도해 보자고 제안했다. 슬레이먼은 2형 당뇨병과 고혈압 병력이 있으며, 2018년 신장 이식을 받기 전 7년 동안 투석을 받아왔다. 하지만 5년 후인 2023년 이식한 장기에 장애 징후가 나타났다. 이에 슬레이먼은 2023년에 투석을 다시 시작했고, 이로 인해 정기적인 병원 방문이 필요한 심각한 합병증이 발생했다. 그는 의사와 이 수술의 잠재적인 위험성에 대해 논의 후 수술에 동의했다. 유전자 변형된 신장은 인간과 호환되는 인공 장기를 개발하는 생명공학 회사인 e제네시스(eGenesis)가 제공했다. 이 회사는 유명한 유전자 편집 시스템인 CRISPR(크리스퍼)을 사용해 돼지의 유전자를 조작했다. 돼지 DNA에서 모두 69개의 유전자를 편집했다. 지난 달 슬레이먼 씨의 담당 의사들은 새로운 신장이 몇 년 동안 기능할 수 있을 것으로 예상하지만 동물에서 인간으로의 장기 이식에는 아직 알려지지 않은 많은 부분들이 있다고 인정했다. 슬레이먼 씨의 신장 이식 수술은 세 번째로 진행된 이종 이식(Xenotransplant)이며, 돼지 장기를 살아있는 인간에게 이식하는 시술이었다. 2021년 미국에서 최초로 돼지 심장을 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 현재까지 돼지 심장 이식의 장기적인 생존 기록은 없다. 한편, 현재 이식에 필요한 장기는 기증 가능한 장기 수를 훨씬 상회하고 있다. CNN은 미국에서만 매일 17명이 장기 기증을 기다리다 사망한다고 전했다. 신장은 공급 부족이 가장 심각한 장기로, 미국 장기 조달 및 이식 네트워크 (OPTN)에 따르면 2023년 약 2만7000개의 신장이 이식되었지만, 해당 장기 대기자 명단에는 약 8만9000명이 등록되어 있다. 슬레이먼 씨는 "특히 신장 이식을 기다리는 다른 환자들의 응원에 감사하다"며 성명을 통해 "오늘은 저뿐만 아니라 그들 모두에게 새로운 시작을 의미한다"고 말했다.
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- IT/바이오
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돼지 신장 최초 이식 환자 퇴원…병원 측 "경과 양호⋯집에서 요양"
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알츠하이머병, 수혈 통해 전염 가능
- 캐나다 과학자들이 혈액 수혈을 통해 건강한 사람에게 알츠하이머병이 전염될 수 있다고 발표했다. 네오스콥은 알츠하이머병의 정확한 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학 연구팀의 이번 연구 결과는 환경 요인이 질병 발병에 영향을 미칠 수 있다는 점을 지속적으로 시사하고 있다고 지난달 30일(현지시간) 전했다. 최근 학술지 '줄기세포 보고서(Stem Cell Reports)'에 발표된 연구 결과에 따르면 혈액 수혈이나 골수, 장기 등 생체 물질의 이식을 통해 유전성 알츠하이머 환자의 질병이 건강한 사람에게 전염될 가능성이 제기됐다. 연구팀은 쥐와 줄기세포를 이용한 실험을 통해 알츠하이머병이 건강한 사람에게 전염될 수 있다는 결론을 도출했다. 연구팀은 실험을 위해 인간 유전성 알츠하이머병 유전자, 특히 아밀로이드 플라크 생성과 관련된 유전자를 가진 쥐를 배양했다. 그리고 이 쥐의 골수에서 줄기세포를 추출해 건강한 쥐에 주입했다. 그 결과 9개월 만에 정상 쥐들의 뇌에서 인지 기능 저하와 아밀로이드 플라크 축적과 같은 알츠하이머병의 전형적인 징후가 나타났다. '알츠하이머는 유전성' 기존 인식 뒤바꿔 연구 결과는 몇 가지 중요한 시사점을 제공한다. 첫째, 이 연구는 알츠하이머병이 신경 중추계 외의 줄기세포에서 발생할 수 있다는 점을 보여주었다. 이는 기존의 알츠하이머 병 형성에 대한 인식을 뒤바꿨다. 연구팀은 "이 연구의 핵심적인 결과 중 하나는 알츠하이머병 병리학의 기존 중심 교리, 즉 뇌에서 생성된 베타 아밀로이드(Aβ) 축적이 질병의 원인이라는 가설에서 벗어나는 계기가 될 것"이라며 "이 연구는 뇌의 외부에서 생성된 Aβ가 질병 발병에 기여한다는 사실을 입증했다"고 말했다. 둘째, 이 연구는 알츠하이머병의 발병 경로가 크로이츠펠트-야콥병과 유사할 수 있다는 점을 시사한다. 크로이츠펠트-야콥병은 전염성 질환으로 감염된 소고기를 섭취한 사람들에게 발병하는 것으로 알려져 있다. 간단히 말해, 이번 연구 결과는 혈액이나 장기 등 생체 물질의 기증을 통해 알츠하이머병이 건강한 사람에게 전염될 수 있다는 가능성을 제시한다. 이는 잠재적인 기증자에 대한 알츠하이머 질병 검사가 필요하다는 것을 의미한다. 연구팀의 주요 저자인 브리티시 컬럼비아 대학 면역학자인 윌프레드 제프리스 박사는 성명서에서 "이 연구는 뇌의 외부에서 발현되는 아밀로이드가 중추 신경계 병리에 영향을 미치는 전신 질환이라는 알츠하이머병 이론을 뒷받침한다"고 말했다. 제프리스 박사는 "이 메커니즘에 대한 연구를 지속함에 따라 알츠하이머병은 정복될 수 있을 것으로 보인다. 아울러 혈액, 장기 및 조직 이식과 인간 유래 줄기세포 또는 혈액 제품의 이식에 사용되는 기증자에 대한 더욱 엄격한 관리 및 검사가 필요하다"고 강조했다. 한편, 알츠하이머병은 치매 중 가장 흔한 유형으로, 인지 기능의 저하를 특징으로 하는 퇴행성 뇌 질환이다. 전 세계적으로 약 3200만 명이 이 질환으로 고통받고 있으며, 인구 고령화가 진행됨에 따라 이 수치는 증가할 것으로 예상된다. 현재 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고, 알츠하이머병의 정확한 원인과 치료법은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 연구자들은 생활 습관, 유전적 요인, 환경적 요인이 이 병의 발병에 복합적으로 영향을 미친다고 보고 있다.
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- 생활경제
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알츠하이머병, 수혈 통해 전염 가능
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올해 전세계 스마트폰 출하 3% 증가 전망⋯AI로 고가격대 수요 증가 덕택
- 올해 전세계 스마트폰 출하대수가 지난해보다 3% 증가할 것이라는 분석이 나왔다. 28일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 조사회사 카운터포인트리서치는 인플레가 둔화되고 신흥국시장에서의 수요가 회복되는데다 생성형 인공지능(AI) 장착으로 고가격대 디자인에 수요 증가 등에 지난해보다 출하대수가 늘어날 것으로 전망했다. 스마트폰 출하대수는 지난해 글로벌 경제 불확실성으로 4%이상 감소했다. 저가격대 스마트폰 기기(150~249달러)는 올해 11% 증가할 것으로 예상된다. 인플레 둔화와 현지 통화안정 등 훈풍으로 인도와 중동, 아프리카 등 신흥국시장이 수요 증가를 주도하는 외에 중남미에서도 수요가 늘어날 것으로 보인다. 샤오미(小米) 등 중국 스마트폰 제조업체간 경쟁격화도 저가격대 기기의 증가로 이어질 것으로 분석된다. 고가격대 기기(600~799달러) 부문은 17% 증가할 것으로 전망된다. 생성형 AI 장착에다 접이식 스마트폰의 인기에 힘입은 덕택으로 분석된다. 카운터포인트는 미국 애플과 중국 화웨이(華為)가 스마트폰 부문의 승자가 될 것으로 예상했다.
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올해 전세계 스마트폰 출하 3% 증가 전망⋯AI로 고가격대 수요 증가 덕택
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[신소재 신기술(19)] 항공기, 연료 효율 개선 위한 새로운 날개 디자인 개발
- 에어버스와 보잉을 포함한 항공기 제조업체들은 연료 효율 개선 등을 위해 새로운 날개 디자인을 연구하고 있다. 롭리포트는 24일(현지시간) 날개가 펄럭이는 비행기는 항공 우주보다는 애니메이션에 등장할 기술처럼 들릴지 모르지만 세계 최대 항공기 제조업체들은 넷제로를 실현하기 위해 혁신적인 방법으로 차세대 비즈니스 및 여객기를 개발하고 있다고 보도했다. 연구 목표는 항공기의 연료 효율을 획기적으로 향상시켜 2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 항공 업계의 지속 가능성 목표를 실현하는 것이다. 유럽의 에어버스는 기류 저항을 극복하기 위해 모양이 변형되는 날개 디자인 등 급진적인 형태의 날개인 엑스트라 퍼포먼스 윙(Extra Performance Wing) 개발을 진행하고 있다. 반면 미국의 보잉은 NASA와 협력하여 기존보다 훨씬 길고 날씬한 날개를 받치는 트러스 구조를 사용하는 실험 항공기 X-66A 개발에 참여하고 있다. 에어버스 업넥스트 프로그램의 일부인 이 프로젝트의 기술 날개 책임자인 세바스티앙 블랑은 에어버스가 개발 중인 엑스트라 퍼포먼스 윙은 "새의 깃털을 모방해 공기역학적 흐름을 극대화하기 위해 자동으로 조정된다"고 말했다. 이 변형 날개 길이는 165피트에 이르며 내년에 세스나 시테이션 Ⅶ(Cessna Citation VII) 제트기로 시험 비행을 시작할 예정이다. 블랑은 "새처럼 능동 제어 기술을 사용해 주변 환경에 맞게 동적으로 적응한다"고 설명했다. 또한 부가적인 디자인인 접이식 윙팁을 통해 공항 게이트의 제약 조건에 맞으면서도 성능을 향상시킬 수 있다. 얇고 길쭉한 날개는 또한 보잉이 지난해 NASA의 지속 가능한 비행 시연 프로그램의 일환으로 승인한 컨셉트인 X-66A에도 중요한 부분이다. 7년에 걸쳐 11억 5000만 달러 규모의 이 프로젝트를 주도하는 보잉은 동체를 줄이고 엔진을 트랜소닉 트러스 브레이스드 윙(Transonic Truss-Braced Wing)이라는 공기 역학 트러스에 장착해 MD-90 항공기를 개조할 예정이다. 에어로플랩에 따르면 X-66은 미국이 항공 온실가스 배출 제로 목표를 달성하도록 돕는 데 초점을 맞춘 NASA의 첫 번째 실험용 비행기 프로젝트다. 지상 및 비행 시험은 2028년에 시작될 것으로 예상된다. NASA의 X-66A 프로젝트 관리자인 브렌트 코블리지는 "우리의 목표는 현재의 단일 통로 항공기를 대체할 수 있는 더 지속 가능한 비행기를 개발하는 것"이라고 말했다. 그는 또한 단일 통로 항공기는 전 세계 항공기 배출량의 거의 절반을 차지한다며 "우리는 이 프로젝트를 통해 최첨단 추진 시스템과 더 가벼운 소재를 사용하여 연료 소비를 30% 줄일 수 있을 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 항공 업계가 향후 26년내에 탄소 중립을 달성하려는 목표는 비용 측면에서만도 상당한 어려움에 직면해 있다. 하지만 세계 최대 항공 우주 혁신 기업들이 독창적인 개념의 새로운 날개 설계에 나섬에 따라 다른 기업들도 곧 지속 가능 디자인을 속속 개발할 것으로 예상된다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(19)] 항공기, 연료 효율 개선 위한 새로운 날개 디자인 개발
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돼지 신장, 사상 최초로 인간에게 이식…장기 부족 문제 해결 돌파구?
- 미국 보스턴의 의사들이 유전자 변형 돼지 신장을 살아 있는 인간 환자에게 최초로 이식했다. 라이브 사이언스는 21일(현지시간) 매사추세츠의 리처드 슬레이먼(62·남성)은 최초로 돼지 신장을 이식한 사람이 됐다며 이같이 보도했다. 과학자들은 이식 수술에 사용할 수 있는 인간 장기의 심각한 부족 문제를 해결하기 위한 방법으로 유전자 조작 돼지를 개발해 왔다. 최근 몇 년 동안 이러한 돼지 장기를 이용한 여러 개념 증명 실험이 이루어졌다. 그중 하나는 뇌사 장기 기증자의 신체에 신장을 연결하고 다른 하나는 뇌사 환자에게 이중 신장 이식을 시행하는 실험이었다. 2021년 미국에서 최초의 돼지 심장을 이식 환자(57·남성)가 2개월 만에 사망했다. 2022년 미국에서 두 번째 돼지 심장 이식 환자(58·남성)가 이식 후 6주 만에 사망했다. 현재까지 돼지 심장 이식의 장기적인 생존 기록은 없다. 매사추세츠 종합병원의 외과의사들은 지난 3월 16일 처음으로 돼지 신장을 살아있는 인간 환자에게 이식해 의료계의 이정표를 세웠다. 병원 성명에 따르면 리처드 슬레이먼은 이날 4시간에 걸친 수술 후 잘 회복하고 있으며 곧 매사추세츠 종합병원에서 퇴원할 예정이라고 한다. 62세 미국 남성, 돼지 신장 첫이식 슬레이먼은 성명에서 "이식이 저를 도울 뿐만 아니라 생존을 위해 이식이 필요한 수천 명의 사람들에게 희망을 줄 수 있는 방법이라고 생각했다"고 말했다. 매사추세츠주 웨이머스 출신의 슬레이먼은 2형 당뇨병과 고혈압 병력이 있으며, 2018년 신장 이식을 받기 전 7년 동안 투석을 받아왔다. 하지만 5년 후 이식된 장기에 장애 징후가 나타났다. 슬레이먼은 2023년에 투석을 다시 시작했고, 이로 인해 정기적인 병원 방문이 필요한 심각한 합병증이 발생했다. 슬레이먼은 돼지 신장을 이식받을 수 있는 기회가 생겼고, 의사와 수술의 잠재적 위험성에 대해 논의한 후 수술에 동의했다. 매스 제너럴의 신장내과 부과장이자 환자의 주치의인 윈프레드 윌리엄스 박사는 뉴욕 타임스에 "그는 사람의 신장을 받기 위해 5~6년을 기다려야 했을 것이다"라면서 아마도 살아남을 수 없었을 것이라고 말했다. e제네시스, 유전자 편집 돼지 신장 제공 인간과 호환되는 인공 장기를 개발하는 생명공학 회사인 e제네시스(eGenesis)에서 신장을 제공했다. 이 회사는 유명한 유전자 편집 시스템인 CRISPR(크리스퍼)을 사용해 돼지의 유전자를 조작한다. 연구팀은 사람에게 적합한 장기를 만들기 위해 돼지에서 인간 면역 체계가 공격하는 탄수화물 또는 당을 만드는 데 관여하는 세 가지 유전자를 잘라냈다. 또한 이식 거부 반응으로 이어질 수 있는 면역 관련 도미노 효과를 방지하는 데 도움이 되는 7개의 인간 유전자를 추가했다. e제네시스는 마지막으로 돼지 게놈에서 인간에게 해를 끼칠 수 있는 내인성 레트로바이러스라고 하는 바이러스 DNA 조각을 비활성화했다고 설명했다. CNN은 과학자들은 돼지 DNA에서 모두 69개의 유전자를 편집했다고 전했다. 이식 절차의 일환으로 슬레이먼은 장기 거부 반응을 예방하기 위해 두 가지 항체 기반 치료와 면역 억제 약물을 투여받았다. 이번 시술의 성공으로 향후 이러한 이식이 보편화될 수 있을 것이라는 기대감을 높이고 있다. 매스 제너럴의 신장 이식 의료 책임자인 레오나르도 리엘라 박사는 워싱턴 포스트와의 인터뷰에서 "우리의 희망은 투석이 더 이상 필요하지 않게 되는 것"이라고 말했다. 윌리엄스는 병원 성명에서 슬레이먼의 수술은 "극심한 기증 장기 부족과 기타 시스템 기반 장벽으로 인해 소수 민족 환자들이 신장이식 기회에 불평등하게 접근하는 우리 분야의 가장 난해한 문제 중 하나를 해결하는 데 잠재적인 돌파구를 제시한다"고 덧붙였다. 그는 "이러한 기술 발전으로 인한 풍부한 장기 공급은 건강 형평성을 달성하고 신부전에 대한 최상의 해결책인, 잘 기능하는 신장을 필요로 하는 모든 환자에게 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 원숭이, 돼지신장 이식 후 2년 이상 생존 한편, 지난해 10월 돼지의 신장을 이식 받은 원숭이가 2년 이상 생존했다는 연구 결과가 발표됐다. 이 연구는 수정된 게놈을 가진 여러 소형 돼지의 신장을 시노몰구스 원숭이에 이식해 거부 반응을 줄일 수 있는지 실험했다. 연구팀은 수정된 유전자를 가진 돼지를 성체로 키운 후, 15마리 돼지의 신장을 원숭이에게 이식했다. 거부 반응을 방지하기 위해 모든 원숭이에게 면역 억제제를 복용했다. 실험 결과 유전자를 수정하지 않은 돼지 신장을 이식받은 원숭이들은 대부분 2개월 미만 생존했다. 유전자를 수정한 돼지 신장을 이식받은 원숭이 중 9마리는 2개월 이상 생존했다. 특히 5마리는 1년 이상, 그리고 1마리는 2년 동안 생존했다. 메릴랜드 의과 대학의 무하마드 모히우딘(Muhammad Mohiuddin) 연구원은 학술지 '네이처(Nature)'에 여러 연구 기관이 연합해서 진행한 해당 실험 연구 결과를 게재했다.
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돼지 신장, 사상 최초로 인간에게 이식…장기 부족 문제 해결 돌파구?
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털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공
- 과학자들이 코끼리 피부 세포로 줄기세포 배양에 성공해 털매머드 부활에 한 발 더 가까이 다가가고 있다. 미국 텍사스 주 댈러스에 있는 멸종 방지 기업이자 DNA 편집 회사인 콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)는 6일(현지시간) 털복숭이 매머드 형질을 가진 코끼리를 유전적으로 복원시키기 위해 아시아 코끼리 세포로 줄기세포 배양에 성공했다고 밝혔다. 콜로설은 자사 웹사이트에서 내한성 코끼리를 만들 것이라고 밝히면서 이 동물은 털매머드의 모든 핵심 생물학적 특성을 갖게 될 것이라고 설명했다. 또한 이 회사는 매머드와 유사한 코끼리가 코끼리 내피 친화성헤르페스 바이러스로 인한 매우 치명적인 질병에 저항성을 갖도록 만들 계획이다. 네이처에 따르면 콜로설은 코끼리 세포의 유전자(게놈)을 편집해 매머드와 비슷하게 만들었다. 하지만 살아 있는 매머드 같은 코끼리를 만들려면 편집된 게놈을 포함하는 배아를 생성해야 한다. 이론적으로 이를 수행하는 한 가지 방법은 유전자 편집된 코끼리 세포를 소위 유도만능줄기세포(iPS)로 전환한 다음 이를 난자와 정자 세포로 전환하는 것이다. 뉴사이언티스트에 따르면 유도만능줄기세포는 난자와 정자를 포함한 신체의 모든 세포로 분화할 수 있다. 배아에서 자연적으로 발생하지만 특정 단백질을 추가하여 성체 세포에서 만들 수도 있으므로 '유도'라고 한다. 많은 동물 종에서 유도만능세포가 만들어졌지만 지금까지 코끼리 세포를 유도만능세포로 만드는 데 성공한 사례는 없었다. 유전자 편집 18년 전, 연구자들은 쥐의 피부 세포를 배아 세포처럼 작동하도록 재프로그래밍할 수 있음을 보여줬다. 이러한 유도만능줄기세포는 동물의 모든 세포 유형으로 분화할 수 있다. 이 세포는 멸종된 털매머드(맘무투스 프리미제니우스·Mammuthus primigenius)의 가장 가까운 친척인 아시아 코끼리(엘레푸스 막시무스·Elephus maximus)를 복원하려는 콜로설의 계획에 핵심으로, 털과 지방 및 기타 매머드의 특성을 갖도록 유전적으로 편집됐다. 콜로설은 아시아 코끼리 세포를 유전자 변형해 핵심 단백질을 영구적으로 생산하도록 했다. 그럼에도 불구하고 세포를 유도만능줄기세로로 전환하는데 두 달이 걸렸다고 한다. 콜로설의 생물과학 책임자인 에리오나 히솔리는 "우리는 이 과정을 더 효율적이고 빠르게 만들고 싶었다"고 말했다. 핵심 단백질을 코딩하는 DNA는 쉽게 제거할 수 있다고 그녀는 덧붙였다. 매사추세츠주 보스턴에 위치한 하버드 의과대학의 유전학자이자 이 연구 논문의 공동 저자인 콜로설의 공동 설립자 조지 처치는 "우리는 세계 기록으로 가장 어려운 iPS 세포 수립에 도전하고 있다고 생각한다"고 말했다. 하지만 연구팀은 코끼리 줄기세포를 확립하는 데에도 어려움을 겪고 있다. 멸종 위기 종에 대한 줄기세포 연구의 권위자인 캘리포니아 주 라호야에 있는 스크립스 연구소의 줄기세포 생물학자인 장 로랑(Jeanne Loring) 박사는 "코끼리는 매우 어려운 과제"라고 말했다. 멸종 동물 복원 프로젝트 2011년 잔 로링과 동료들은 멸종 위기 동물에서 최초로 북방 흰코뿔소(Ceratotherium simum cottoni)와 드릴 원숭이(만드릴루스 류코패우스)로부터 iPS 세포를 만들었다. 이후 눈표범(Panthera uncia), 수마트라 오랑우탄(Pongo abelii), 일본뇌조(Lagopus muta japonica) 등 멸종 위기종에서 배아 유사 줄기세포가 만들어졌지만 수많은 팀이 코끼리 iPS 세포 수립 시도에 실패했다. 콜로설의 생물과학 책임자 에리오나 히솔리가 이끄는 연구팀은 처음에 다른 대부분의 iPS 세포주를 만드는 데 사용되는 매뉴얼에 따라 아시아 코끼리 새끼로부터 세포를 재프로그래밍하려고 시도하면서 동일한 문제에 부딪혔다. 이 방법은 2006년 일본 교토 대학의 줄기 세포 과학자인 야마나카 신야(Shinya Yamanaka)가 확인한 네 가지 주요 재프로그래밍 인자를 과잉 생산하도록 세포에 지시하는 것이다. 이 방법이 실패하자 히솔리 박사팀은 다른 연구원들이 사람과 쥐 세포를 재프로그래밍하는 데 사용했던 화학 칵테일을 코끼리 세포에 처리했다. 대부분의 경우 이 처리로 인해 코끼리 세포가 죽거나 분열을 멈추거나 아무런 반응도 보이지 않았다. 하지만 일부 실험에서는 세포가 줄기세포와 유사한 둥근 모양을 띠게 됐다. 히솔리 박사 팀은 이 세포에 네 가지 '야마나카' 인자를 첨가한 다음 성공의 핵심 요소였던 또 다른 단계를 밟았다. 바로 암 억제 유전자인 TP53의 발현을 억제하는 것이다. 유도만능줄기세포 배양 연구팀은 코끼리로부터 네 개의 iPS 세포 라인을 만들었다. 이 세포들은 다른 유기체의 iPS 세포와 비슷하게 보였고, 비슷하게 행동했다. 즉, 척추동물의 모든 조직을 구성하는 세 가지 '배엽'을 형성하는 세포를 만들 수 있었다. 하지만 콜로설이 최초의 유전자 조작 아시아 코끼리를 만드는 계획은 iPS 세포를 필요로 하지 않는 복제 기술을 포함한다. 처치 박사는 새로운 세포 라인은 아시아 코끼리에 매머드 특징을 부여하는 데 필요한 유전적 변화를 식별하고 연구하는 데 유용할 것이라고 말했다. 그는 "우리는 아기 코끼리에게 넣기 전에 미리 테스트하고 싶다"고 말했다. 코끼리 iPS 세포는 수정되어 모발이나 혈액과 같은 관련 조직으로 변형될 수 있다. 그러나 이러한 과정을 확대하기 위해서는 생식 생물학 분야에서 수많은 기술 도약이 필요하다. 그 중 한 가지 방법은 유전자 조직 iPS 세포를 수정된 정자와 암컷 생식 세포로 변형시켜 배아를 만드는 것이다. 쥐 실험에서는 이 방법이 성공했다. 또한 iPS 세포를 직접 실행 가능한 '합성' 배아로 변환하는 것도 가능했다. 콜로설은 자사의 첫 번째 메머드가 2028년에 태어날 것이라고 주장했다. 히솔리는 연구원들이 코끼리 세포에 단지 50~100개의 유전자 편집을 하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 실현하능하다고 말했다. 코끼리의 임신 기간은 2년이기 때문에 배아는 2026년 말께 생성되어 자궁에 이식되어야 2028년에 매머드 탄생이 가능하다. 처치 박사는 배아 배양을 위해 일부는 iPS 세포에서 유래한 인공 자궁을 사용할 것으로 예상했다. 그는 "우리는 멸종 위기 종의 자연적인 번식을 방해하고 싶지 않기 때문에 체외 임신을 확대하려고 노력하고 있다"고 말했다.
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털매머드 부활하나?...코끼리 줄기세포 배양 성공
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KAIST, 뼈 손상 치료에 혁신적 '뼈 반창고' 신소재 개발
- 국내 과학자들이 금이 간 뼈 조직의 성장을 촉진하는 '뼈 반창고' 역할을 할 수 있는 신소재를 개발했다. 뼈 재생은 복잡하고 기존의 골 이식 및 성장 인자 전달 등과 같은 재생을 할 경우, 높은 단가 발생 등의 한계가 있었다. 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수 연구팀과 협업을 통해 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성 능력을 활용해 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 압전 생체 모방 지지체를 개발했다다고 25일 발표했다. 하이드록시아파타이트는 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로 생체 친화적인 특징이 있으며, 충치를 예방하는 특성이 있어 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다. 이전의 압전 지지체 관련 연구들은 압전성이 뼈 재생을 촉진하고 골 융합을 향상하는 효과를 다양한 고분자 기반 소재에서 확인했지만, 최적의 골조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는 데 한계가 있었다. 그러나 이번 연구에서는 하이드록시아파타이트 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발해 새로운 방법을 제시했다. 홍승범 교수 연구팀 소속 주소연 박사과정 학생과 김소연 석사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 2024년 1월 4일 국제학술지 '응용재료와 표면(ACS Applied Materials & Interfaces)'에 게재됐다. 연구팀은 하이드록시아파타이트를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했다. 이 공정으로 제작된 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외 및 체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 놀라운 잠재력을 입증했다는 것이 연구팀의 설명이다. 또한, 연구팀은 동 지지체의 골 재생 효과의 원인을 다각도로 밝혀냈다. 원자간력 현미경(AFM) 분석을 통해 지지체의 전기적 특성을 조사했으며, 세포 모양과 세포 골격 단백질 형성에 대한 상세한 표면 특성 평가를 진행했다. 또한, 압전과 표면적 요소가 성장 인자 발현에 어떤 영향을 미치는지 조사했다. 홍승범 신소재공학과 교수는 "뼈의 재생 속도를 가속화시키는 효과를 통해 '뼈 반창고' 같은 역할을 하는 하이드록시아파타이트 융합 압전성 복합소재를 개발했다"며, "이번 연구는 생체 재료 설계에 새로운 방향성을 제시하는 데에 그치지 않고, 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구한 데에 의의가 있다"고 강조했다. 압전성이란 물질에 변형이나 응력을 가하면 전기적인 분극이 발생하거나, 반대로 물질을 전자장에 두면 변형이나 응력이 발생하는 현상이다. 한편, 지난해 11월 카톨릭대 은평성모병원 정형외과 박형열 교수와 서울성모병원 정형외과 김영훈 교수 연구팀은 척추 골절을 입은 환자에게 수술로 '골형성 단백질'을 주입하면 빠르게 뼈를 재생 시킬 수 있다는 사실을 입증했다. 골형성 단백질은 척추와 치아 등 손상 부위의 뼈 재생 속도를 높이는 성장인자인데, 다양한 임상 분야에서 활용 범위가 확대되고 있다. 최근 연구에서는 퇴행성 척추 질환에 척추 유합술을 할 때 골형성 단백질을 사용하면 유합률이 100%에 가까운 것으로 나타났다. 척추 유합술은 골절이나 퇴행성 질환 등 척추에 발생하는 여러 종류의 병변을 치료하기 위해 시행되는 수술이다. 그동안 척추 골절 치료 분야에서 골형성 단백질을 활용해 뼈 재생을 촉진하는 결과를 확인한 연구는 없었는데 이번 연구를 통해 학계 최초로 같은 효과가 있다는 것을 증명했다.
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KAIST, 뼈 손상 치료에 혁신적 '뼈 반창고' 신소재 개발
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