이식 – 포커스온경제 통합 검색

전체기사보기
2024-11-24 (일)

검색

[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!

햇빛을 받아 에너지를 만드는 동물, 상상이나 해봤는가? '광합성을 하는 동물'은 마치 SF 영화 속 이야기 같지만, 이제 현실이 되고 있다. 일본 도쿄대학교 마츠나가 사치히로 교수 연구팀은 동물 세포에 조류(藻類)의 엽록체를 이식해 광합성을 가능하게 하는 혁신적인 기술을 개발했다. 이는 동물과 식물의 생물학적 경계를 허물며 의학, 식량 생산, 환경 개선 등 다양한 분야에서 획기적인 변화를 예고한다. 50년 넘는 난제, 마침내 해결! 광합성은 햇빛, 물, 이산화탄소를 이용해 산소와 포도당을 생성하는 과정으로, 지구 생태계를 유지하는 핵심이다. 식물, 조류, 일부 박테리아가 광합성을 통해 스스로 영양분을 만들고 산소를 생성한다. 이는 동물의 생존에 필수적인 요소다. 동물 세포에 광합성 기능을 도입하려는 시도는 1970년대부터 있었지만, 동물 세포가 엽록체를 이물질로 인식하고 파괴하는 면역 반응 때문에 번번이 실패했다. 마츠나가 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 동물 세포의 고온 환경(37℃)에서도 생존 가능한 홍조류(紅藻類)인 시아니디오시존 메롤래(Cyanidiochyzon merolae) 엽록체를 선택하고, 동물 세포가 엽록체를 '먹이'로 섭취하도록 유도해 면역 반응을 우회하는 전략을 사용했다. 이 홍조류는 이탈리아의 화산 온천에서 자라고 37℃ 이상의 온도에서 광합성을 할 수 있었다. 연구팀은 이 엽록체를 동물 세포에 강제로 주입하는 대신 배양액에 첨가한 다음 중국 햄스터 난소 세포에 먹였다. 동물 세포, 엽록체와 공존하며 광합성하다! 그 결과, 동물 세포는 엽록체를 파괴하지 않고 최대 48시간 동안 공존하며 광합성 초기 반응을 성공적으로 나타냈다. 뿐만 아니라 엽록체로부터 추가적인 에너지를 공급받아 성장 속도가 증가하는 현상도 확인됐다. 연구팀은 이틀간의 공동 배양 직후 세포의 1%가 "엽록체가 풍부해졌다"고 밝혔다. 이는 엽록체를 7개 이상 흡수했다는 의미다. 추가로 20%의 세포는 엽록체가 1개에서 3개 사이인 것으로 밝혀졌다. 중요한 것은 이들 엽록체가 이틀 동안 더 활동했으며, 이 기간 동안 숙주 세포가 빠른 속도로 성장했다는 점이다. 이는 엽록체가 잠재적으로 탄소 공급원으로 작용하면서 광합성이 실제로 일어나고 있음을 나타난다고 IFL 사이언스가 전했다. 마츠나가 교수는 "50년 동안 모든 생물학 연구자들이 포기했던 일을 해냈다는 사실에 놀랐다"며 이번 연구 성과에 대한 소감을 밝혔다. 생물학의 경계를 허물다 연구팀은 이러한 동물-식물 잡종 세포를 영어의 식물(plant)과 동물(animal)을 합성한 신조어인 '플래니멀(planimal)' 세포라고 이름을 붙였다. 이 기술은 동물 세포가 스스로 에너지를 생성하는 가능성을 열며 생명과학의 패러다임을 바꾸고 있다. 엽록체를 통해 공급받은 에너지로 동물 세포의 성장 속도가 증가하는 현상이 확인되면서, 자율적인 에너지 생산 시스템 구축에 대한 기대감이 높아지고 있다. 의학·식량·환경, 응용의 무한 가능성 이번 기술은 바이오산업의 여러 분야에서 실질적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 먼저, 의료 분야에서는 심장병 환자의 손상된 심장에 광합성 세포를 이식하여 빛으로 산소를 공급, 회복을 돕는 치료법이 개발될 수 있다. 또한, 산소 공급의 한계를 극복해 대형 조직 배양 및 이식 기술을 크게 발전시킬 수 있다. 식량 생산 분야에서는 배양육 생산에 광합성 동물 세포를 활용하여 외부 산소 공급 없이 자체적으로 산소를 생성, 생산 비용을 절감하고 효율성을 극대화할 수 있다. 이는 지속 가능한 식량 생산의 돌파구가 될 전망이다. 환경 문제 해결에도 기여할 수 있다. 광합성 동물 세포는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 기능을 통해 탄소 배출 감소와 환경 복원에 기여할 수 있으며, 탄소 중립 목표를 추구하는 기업들에게 획기적인 솔루션을 제공할 수 있다. 남은 과제와 미래 전망 물론 아직 넘어야 할 산도 있다. 추가 관찰 결과 이 이식된 엽록체는 2일 후에 분해되기 시작해 4일째 완전히 파괴됐다. 이 기술을 완성하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 연구팀은 "이미 합성 생물학 기반 접근법이 인공 광합성 동물 세포를 만드는 데 기초가 될 수 있다"며 이번 연구 성과에 대해 기대감을 드러냈다. 그럼에도 불구하고 광합성 기능을 안정적으로 유지하려면 엽록체의 장기 생존 및 효율적인 공생 메커니즘 구축이 필수적이다. 또한, 이 기술이 대규모로 활용되기 위해서는 사회적 수용성과 윤리적 검토도 병행되어야 한다. 광합성 동물 세포 기술은 생명공학의 새로운 문을 열며, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 도구로 자리매김할 전망이다. 이 기술이 의학, 식량, 환경 등 다양한 분야에서 어떠한 변화를 가져올지, 앞으로의 발전이 더욱 기대된다. 이번 연구는 단순한 학문적 성과를 넘어, 미래 바이오산업의 초석이 될 기술적 기반을 제공했다는 점에서 주목할 만하다. "동물이 햇빛을 먹는다"는 발상이 이제는 더 이상 SF 영화 속 이야기가 아닌, 현실로 다가오고 있는 것이다. 이 연구 결과는 '일본 학술원 회보 B(proceedings of tje Japan Academy, Series B)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-11-21
삼성전자, 초슬림 폴더블폰 '갤럭시 Z 폴드 스페셜 에디션' 출시

삼성전자가 갤럭시 Z 폴드 시리즈 중 가장 얇고 가벼운 '갤럭시 Z 폴드 스페셜 에디션'을 25일 국내 출시한다고 21일 밝혔다. 이 제품은 두께 10.6mm, 무게 236g으로 지난 7월 출시된 '갤럭시 Z 폴드6'보다 1.5mm 더 얇고 3g 더 가볍다. 펼쳤을 때 메인 스크린은 8.0형(203.1mm)으로 Z 폴드 시리즈 중 가장 넓으며, 20:18 화면비를 제공한다. 접었을 때 사용하는 커버 스크린은 6.5형(164.8mm)으로 21:9 화면비를 적용해 일반 바(Bar) 타입 스마트폰과 유사한 사용감을 제공한다. '갤럭시 Z 폴드 스페셜 에디션'은 갤럭시 Z 시리즈 최초로 2억 화소 광각 카메라를 탑재하여 더욱 선명한 사진과 영상 촬영을 지원한다. 또한, 16GB 메모리를 탑재하여 폴더블 폰에 최적화된 '갤럭시 AI' 기능을 제공한다. AP는 퀄컴의 '갤럭시용 스냅드래곤 8 3세대 모바일 플랫폼'을 탑재했다. 색상은 '블랙 위도우' 한가지로 출시되며 스트라이프 패턴과 메탈·글래스 소재를 적용해 고급스러운 디자인을 완성했다. 판매는 25일 오전 9시부터 삼성닷컴과 이동통신 3사 공식 온라인몰(T 다이렉트샵, KT닷컴, 유플렉스닷컴)에서 시작된다. 가격은 278만9600원이다. 연내 제품을 구매하고 개통한 고객에게는 갤럭시 링, 갤럭시 워치 울트라, 갤럭시 버즈3 프로, 갤럭시 탭 S10 울트라 제품의 할인 쿠폰을 제공한다. 삼성전자는 25일부터 2주간 전국 주요 백화점에서 팝업 스토어를 운영하며 '갤럭시 Z폴드 스페셜 에디션' 체험 기회를 제공할 예정이다. 한편, 글로벌 스마트폰 제조사들은 폴더블폰 경쟁에서 더 얇은 제품 개발에 집중하고 있다. 샤오미의 '믹스 폴드4' 는 9.47mm, 아너의 '매직 V3'는 9.3mm의 두께를 자랑한다. 화웨이가 지난달 출시한 '메이트 XT'는 두 번 접는 방식임에도 두께를 약 12mm 수준으로 줄였다. '갤럭시 Z 폴드' 폰 과제는? 한편, 갤럭시 Z 폴드는 삼성전자가 개발한 폴더블 스마트폰 시리즈다. 주요 특징으로는 접이식 디자인과 넓은 화면 등이 있다. 화면을 접었다 펼수 있는 독특한 디자인으로 휴대성과 사용성을 동시에 제공한다. 또한 펼쳤을 때 태블릿 PC와 같은 넝ㅄ은 화면일 제공해 멀티테스킹, 콘텐츠 감상 등에 유리하다. 또한 플래그십 스마트폰에 걸맞은 고성능 카메라, 프로세서, 배터리 등을 탑재하고 있다. 일부 모델은 S 펜을 지우너해 필기, 그림 그리기 등 다양한 작업을 수행할 수 있다. 하지만 높은 가격과 내구성에 대한 우려는 여전히 개선해야 할 과제로 남아 있다.
- IT/바이오
2024-10-21
화웨이, 10인치 디스플레이 탑재 3단 접이식 스마트폰 다음주 출시

중국 화웨이(Huawei)가 웨이보 계정을 통해 오는 10일 행사를 갖고 세계 최초로 3단 접이식 스마트폰을 출시한다고 발표했다. 새로 발표하는 스마트폰은 10인치 디스플레이를 탑재한 것으로 보인다. 책을 펼치는 것을 본따 출시한 접이식 태블릿은 반으로 접는다는 아이디어는 실현했지만, 태블릿이라고 하기에는 화면이 매우 작았다. 화웨이는 여기에 한 번 더 접는 3단 접이식 스마트폰으로 더 큰 화면을 구현했다고 한다. 수년에 걸쳐 이에 대한 많은 구상이 나왔지만 실제로 이 아이디어를 제품으로 완성해 시장에 내놓은 사례는 없었다. 특히 화웨이는 애플의 아이폰 신제품 발표와 같은 날짜인 9월 10일을 D데이로 설정, 애플 아이폰과 정면 승부를 펼치겠다는 의도를 분명히 했다. 웨이보를 통해 하드웨어 출시 소식을 전했지만, 티저 자체에는 아무것도 드러나지 않았다. 다만 화웨이는 공식 발표를 통해 이달 중 3단 접이식 스마트폰을 출시할 것이라고 확인한 만큼, 시장의 관심이 집중되고 있다. GSM아레나를 통해 유출된 화웨이 스마트폰 이미지는 3단 접이식 디자인과 함께, 펼쳤을 때 커지는 화면을 보여주고 있다. 디스플레이 분석가인 로스 영에 따르면 펼쳤을 때 화면은 10인치로 추정된다. 현재까지 알려진 바로는 이 스마트폰은 우선 중국에서만 출시될 가능성이 높다. 그러나 시장의 반응에 따라 글로벌 시장으로 확장될 수 있을 것이라는 예상이다. 다만 주목할 점은 현재 진행 중인 미국의 중국에 대한 무역 제재로 인해 여전히 구글 공식 안드로이드 운영체제가 제공되지 않는다는 사실이다. 이 점이 시장에서의 변수로 작용하겠지만, 중국에서는 좋은 반응을 얻을 수 있다는 지적이다.
- IT/바이오
2024-09-04
합병증 발생 92%, 가장 위험한 성형 수술 1위는?

완벽하게 아름다운 얼굴을 위해 쌍꺼풀 수술과 코를 높이는 등의 성형수술은 이제 일반인들도 쉽게 이용하고 있다. 물론 미(美)의 기준은 주관적인 것으로 객관화하기는 어렵다. 남들과 다른, 남보다 예쁜 모습을 갖추기 위해 성형수술은 점점 세분화되는 추세로 아름다운 다리, 애플힙, 필러 주입, 눈동자의 색깔을 바꾸는 수술 등 정말 다양하다. 그러나 부작용과 합병증 등으로 아름다움을 추구하는 데는 엄청난 비용이 들 수 있다. 미국 안경 처방업체 오버나이트 글래시스(Overnight Glasses)가 주도한 연구에서 눈동자의 색깔을 변화시키는 수술이 합병증 발병 92%로 가장 위함한 수술로 꼽혔다고 스터디파인즈가 전했다. 동양인들의 눈동자는 대개 검은색에 가깝다. 반면 서양인의 눈은 초록빛이나 푸른 빛이 돌아 에메랄드나 사파이어 보석에 빗대기도 한다. 연구에 따르면 눈동자 색깔 변경 수술은 합병증이 무려 92.30%로 가장 위험한 성형 수술 1위로 꼽혔다. 아직 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받지 못한 이 시술은 시력 상실, 녹내장, 각막 손상을 포함한 상당한 위험을 안고 있다. 홍채 이식이나 레이저 색소 제거, 각막 문신 등이 포함된 이 수술은 회복 시간이 1~8주까지 다양하고, 평균 비용은 1만2000달러(약 1600만원)에 달한다. 연구원들은 눈동자 색채 변경 시술을 두고 "말 그대로 시력을 가지고 도박을 하고 있다"고 꼬집었다. 눈동자에서 멜라닌 색소가 많으면 갈색을 띠고, 멜라닌 색소가 거의 없으면 푸른 색을 띤다. 눈동자에서 멜라닌 색소를 제거하는 수술 결과가 푸른색 눈동자를 갖게되는 것은 아니라고 전문가들은 경고했다. 미국 안과학회(AAO)는 2024년 눈 색깔을 바꾸는 수술의 위험성에 대해 경고했다고 클리블랜드 클리닉은 전했다. 위험 척도에서 두 번째로 높은 수술은 허벅지 리프트로 합병증 발생률이 78%였다. 다리를 조각하는 것을 목표로 하는 이 수술은 혈전, 감염, 피부 감각 변화 등의 위험이 있다. 엉덩이를 높여주는 인기 있는 수술인 브라질 버트 리프트(BBL)는 합병증 발병률 37.94%로 3위를 차지했다. 브라질 버트 리프트는 지방 색전증 및 기타 심각한 합병증 때문에 다른 시술보다 위험 순위가 높게 평가됐다. 4위는 바디 리프트로 합병증 발병률은 42%였다. 전신을 개선하기 위해 고안된 바디 리프트 바용은 1만5000달러(약 2000만원)로 목록 중에서 가장 비싼 수술이다. 종종 '점심시간 시술'로 여겨지는 주입형 필러는 합병증 발병률이 64.61%로 5위를 차지했다. 회복 시간은 1~2일로 짧지만 알레르기 반응과 비대칭과 같은 합병증 빈도는 우려스럽다는 것. 유방 축소 수술은 38%로 6위를 차지했다. 이 연구에서 유방 축소 수술은 유방 확대 수술보다 합병증 발병 위험이 두 배로 높았다. 유방 확대 수술은 14.40%의 합병증 발생률로 8위에 올랐다. 그 밖에 엉덩이 임플란트(butt implants 21.60%) 7위, 팔 리프트(상완성형술, 21.00%) 9위, 유방 리프트(10.40%)가 10위를 차지했다. 컬러 콘택트렌즈는 레이저 수술이나 염색 주사를 하지 않고도 눈동자의 색깔을 바꿀 수 있다. 이러한 콘택트렌즈도 각막을 긁거나 눈을 감염시킬 수 있으므로 사용에 주의해야 한다.
- 생활경제
2024-08-29
[먹을까? 말까?(54)] 마누카 꿀, 유방암 세포 성장 84% 억제…천연 항암치료 가능성 제시

호주와 뉴질랜드 특산물인 마누카 꿀이 유방암 세포 성장을 억제하는 것으로 나타났다. 미국 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 연구팀의 예비 연구 결과, 마누카 꿀이 유방암 세포 성장을 84% 억제하는 효과를 보였다고 메디컬 익스프레스와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 전했다. 특히 마누카 꿀은 에스트로겐 수용체 양성 유방암 세포에 대한 억제 효과가 뛰어났으며, 건강한 세포에는 영향을 미치지 않았다. 이번 연구는 마누카 꿀이 기존 항암 치료의 부작용을 줄이고, 새로운 천연 항암치료제 개발의 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 마누카 꿀은 뉴질랜드와 호주 남동부에서 자생하는 마누카 나무의 꽃에서 채취한 꿀로 항균, 항산화, 치유 효과 등이 있는 것으로 알려져 있다. UCLA 연구팀은 이번 연구를 통해 마누카 꿀이 유방암 예방 및 치료에도 도움이 될 수 있다는 가능성을 확인했다. 연구팀은 실험실에서 에스트로겐 수용체 양성 유방암 세포와 삼중 음성 유방암 세포를 배양하고, 마누카 꿀 또는 탈수 마누카 꿀 분말을 처리했다. 그 결과 에스트로겐 수용체 양성 유방암 세포에서 꿀의 농도에 따라 암세포 증식이 억제되는 것을 관찰했다. 또한 마누카 꿀을 항에스트로겐 치료제인 티옥시펜과 함께 사용했을 때, 암세포 증식 억제 효과가 더욱 강력하게 나타났다. 동물 실험에서도 마누카 꿀은 인간 유방암 세포를 이식한 쥐의 종양 성장을 억제하는 효과를 보였다. 특히 건강한 세포에는 영향을 미치지 않으면서 종양 성장을 84%까지 억제하는 결과를 나타냈다. 이번 연구는 마누카 꿀이 유방암 치료에 새로운 가능성을 제시했다는 점에서 주목할 만하다. 하지만 아직 예비 연구 단계이며, 추가적인 연구를 통해 안전성과 효능을 검증해야 한다. 해당 연구는 학술지 '뉴트리언트(Nutrients)'에 게재됐다.
- 생활경제
2024-08-23
뉴럴링크, 두 번째 뇌 임플란트 성공...머스크 "매우 잘 작동 중"

일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 이끄는 뇌신경과학 스타트업 뉴럴링크가 두 번째 환자의 뇌에 컴퓨터 칩 이식 수술을 성공적으로 마쳤다고 밝혔다. 4일(현지시간) 로이터 통신 등 외신에 따르면, 머스크 CEO는 과학자 렉스 프리드먼과 팟캐스트 인터뷰에서 두 번째 환자 역시 첫 번째 환자와 마찬가지로 척추 손상을 입은 환자라고 전했다. 그는 이식된 칩의 전극 1024개 중 400개가 작동 중이며, "매우 잘 작동하고 있다"고 강조했다. 머스크 CEO는 구체적인 수술 시점과 환자 정보는 공개하지 않았지만, 지금까지 잘 되고 있다면서 "두 번째 임플란트도 매우 성공적인 것 같다"고 덧붙였다. 뉴럴링크는 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 기술을 통해 신체 마비 환자들이 생각만으로 각종 기기를 제어할 수 있도록 돕는 것을 목표로 한다. 지난 1월 첫 번째 환자 이식에 성공한 데 이어 5월에는 두 번째 환자 모집에 나섰다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)는 인간의 생각을 이용해 컴퓨터와 소통할 수 있게 하는 전자 장치로, 흔히 공상 과학 소설에서나 등장하는 개념처럼 보이지만, 실제로 수십 년 전부터 연구되어 온 기술이다. BCI의 원리는 간단하다. 뇌 활동 시 발생하는 전기 신호를 기계가 측정하는 방식이다. FM 라디오가 특정 FM 신호를 해석해 다양한 방송을 내보내는 것처럼, 컴퓨터도 서로 다른 전기 신호를 각각의 명령으로 해석할 수 있다. BCI는 이러한 신호를 측정하고 전달하는 장치다. 외부에 착용하는 방식과 뉴럴링크처럼 수술로 뇌에 이식하는 방식이 있다. 뉴럴링크의 첫 번째 임상 시험 참가자인 놀런드 아르보는 이 장치가 자신의 삶을 바꿨다고 여러 차례 밝혔다. 그는 2016년 다이빙 사고로 잔신마비 판정을 받았지만, 뉴럴링크의 칩을 이식한 후 생각만으로 마우스 포인터를 조작해 비디오임을 즐기고, 문자 메시지를 보내고, 인터넷 서핑을 할 수 있게 됐다. 아르는 인터뷰에서 "칩 이식은 삶에 큰 변화를 가져왔다"며 "마비 환자들에게 희망을 주는 다음 단계로 나아가는 것"이라고 소감을 밝혔다. 머스크는 두 번째 칩 이식 후 뉴럴링크가 인간이 생각을 통해 컴퓨터 인터페이스를 작동할 수 있게 하는 것 외에도 인간에게 뛰어난 능력을 줄 것이라고 말했다. 그는 프리드먼과의 팟캐스트 인터뷰를 통해 '사람들에게 초능력을 주자'고 농담처럼 말했다. 또한 머크스는 자신의 뉴럴링크의 뇌 임플란트가 미래에 인간이 고급 인공지능(AI)와 경쟁하는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 프리드만과의 대화에서 머스크는 뉴럴링크 칩이 AI가 인간을 능가하고 '터미네이터' 스타일로 궤도를 벗어나는 것을 막는 가장 좋은 방법이 될 수도 있다고 말했다. 머스크는 뉴럴링크 기기가 결국 손상된 신경세포를 복구해 실명이나 마비와 같은 문제를 겪는 사람들을 도울 수 있을 것이라고 설명했다.
- IT/바이오
2024-08-05
애플, 빠르면 2026년에 접이식 아이폰 출시 가능성

미국 애플은 빠르면 오는 2026년에 접이식 아이폰을 처음 선보일 가능성이 있다고 정보통신(IT) 전문 매체 디인포메이션이 23일(현지시간) 보도했다. 이 매체는 소식통들을 인용해 애플이 접이식 아이폰을 구상단계를 끝내고 접이식스마트폰 프로젝트를 진행하고 있다고 전했다. 애플이 새 기기의 부품 조달 가능성을 확인하기 위해 최근 아시아의 공급업체와 접촉했다고 덧붙였다. '접는' 아이폰은 2007년 아이폰이 세상에 처음 나온 이후 하드웨어 측면에서 가장 큰 디자인 개편이 된다. 디인포메이션은 '접는' 아이폰이 삼성전자의 갤럭시 Z플립 시리즈와 유사한 '클램셸(clamshell·조개 껍데기)' 디자인을 특징으로 할 것이라고 전망했다. 애플은 그동안 아이폰 화면이 접히는 부분에서 주름을 없애는 데 어려움을 겪어 오다가 마침내 이를 해결할 방안을 찾은 것으로 알려졌다. 다만 접는 아이폰이 기대했던 것과 달리 애플의 높은 품질 기준을 충족하지 못하면 애플이 이를 출시하지 않을 가능성도 있다고 이 매체는 지적했다. 삼성전자는 2019년 접는 스마트폰을 출시했으며 최근에는 화웨이 등 중국 업체와 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 시장조사기관 카운터포인트 리서치에 따르면 올해 1분기 세계 폴더블 스마트폰 시장은 전년 동기 대비 49% 성장해 6분기 만에 가장 높은 증가율을 기록했다. 애플은 지난해 2월 '접는' 기기에 대한 특허를 취득한 것으로 알려져 아이폰 등에 대한 적용 여부에 관심이 쏠렸다. 애플은 '접는' 방식을 아이폰 외에 아이패드에도 적용할 것으로 예상되고 있다.
- IT/바이오
2024-07-24
금속 3D 프린팅, 우주에서 비상 우주선·의료용품에 적용 가능

3D 프린팅은 지상에서 이미 우주 산업에서 로켓 엔진과 부품을 제작하는 데 많이 사용되고 있다. 전문가들은 3D 프린팅 기술을 지상뿐만 아니라 우주 공간에서도 활용하는 방법을 모색하고 있다. 전문 매체 디지털트렌드에 따르면, 유럽은 최근 국제우주정거장(ISS: International Space Station)에 최초로 금속 3D 프린터를 올려 보냈다. ISS에서는 지난 10년 동안 일반 3D 프린터를 사용해 왔다. 3D 프린터 기술이 더욱 발전함에 따라 과학자들은 최신 금속 3D 프린터가 우주에서도 사용될 수 있는지를 테스트하고 있다. 최근 캘리포니아 주립대학교 버클리 캠퍼스(UC 버클리) 연구팀이 버진 그룹의 우주 관광 프로젝트인 버진 갤럭틱(Virgin Galactic) 임무를 위해 새로운 금속 3D 프린터를 우주로 보냈다. 스페이스CAL(SpaceCAL)이라고 불리는 이 프린터는 극미중력 환경에서 작동할 수 있도록 특별히 설계됐다. 연구팀은 이 프린터로 우주 공간에서 단 몇 분 동안 4개의 테스트 부품을 인쇄해 냈다고 밝혔다. 만들어 낸 테스트 부품에는 PEGDA라는 액체 플라스틱 재료로 만든 작은 모형 우주 왕복선도 포함됐다. 연구팀의 구상은 필요한 도구나 소모품을 만드는 미래의 우주 임무에 금속 3D 프린팅 기술을 사용하겠다는 것이다. 연구원인 테일러 와델은 "언젠가 우주선용 부품과 도구는 물론 콘택트 렌즈나 승무원용 치아 크라운(치아 머리 부분 전체를 감싸는 보철)에 이르기까지 모든 것을 제조하는 데 3D 프린팅 기술이 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 그렇게 되면 우주선이 고장나더라도 3D 프린터로 O-링이나 기계식 마운트 또는 도구까지 인쇄할 수 있다. 우주인들이 사용하는 생활 도구의 제작이나 수리도 가능하다. 치과 교체품, 피부 이식편, 안경 렌즈, 응급 의료용 맞춤 물품 등도 만들어 낸다. 우주에서의 임무에서 이는 매우 중요하다. 금속 3D 프린터는 플라스틱 소재만 인쇄하는 것이 아니기 때문이다. 실리콘, 유리 합성물, 생체 재료로도 인쇄할 수 있기 때문에 승무원과 우주선을 위한 응급 대처가 가능해진다. 지상과 우주공간을 오가며 중요 부품이나 소모품을 조달하는 시대가 마감될 수 있다. 연구팀은 언젠가 인간 장기나 보조 기구까지 인쇄하는 시대가 올 것으로 예상한다. 이미 ISS에서 기술을 테스트하고 있다. 우주인에게 발생할 수 있는 사고와 이에 따른 상처를 봉합하는 도구 등을 프린팅하는 것이다. 이 기술은 지구상의 극한 환경이나 원격 환경에서도 다른 용도로 사용될 수 있다. 와델은 "우주뿐만 아니라 지구상에 거주하는 특수한 환경의 사람들에게까지 혜택을 줄 수 있는 솔루션으로 이어질 수 있다”고 기대했다.
- IT/바이오
2024-07-16
[신소재 신기술(76)] 그래핀 유래 신소재 EGNITE, 신경 보철 성능 강화

그래핀에서 파생된 신소재 EGNITE가 신경 보철 성능을 크게 향상시켰다는 연구 결과가 나왔다. 스페인 바르셀로나에 위치한 UAB 신경과학 연구소(INc-UAB) 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE 전극의 말초 신경 자극과 기록 능력을 장시간 연구해 이같은 결과를 얻었다고 메디컬 익스프레스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. EGNITE(Engineered Graphene for Neural interface) 전극은 그래핀 유래 신소재로 만들어진 차세대 신경 인터스페이스 기술이다. 기존의 금속 미세 전극보다 크기가 작고 유연하며, 우수한 전기적 특성과 생체 적합성을 가지고 있어 신경 자극 등의 효율을 높일 수 있다. 절단 또는 신경 손상 환자는 팔다리의 운동과 감각 기능을 상실해 일상 생활에 제약을 받는다. 이러한 기능 회복을 위한 유일한 방법은 신경 보철이다. 신경 보철은 특정 감각을 유도하기 위해 신경을 자극하고. 운동 신호를 기록해 생체 공학 보철물로 전송하는 전극으로 구성된다. 신경 보철 설계에서 전극은 신경 내 소수의 축삭과만 선택적으로 상호작용할 수 있도록 충분히 작아야 한다. 기존 신경 보철에는 금, 백금, 산화이리듐과 같은 금속이 주로 사용됐다. 그러나 더 작은 전극 접점을 만들기 위해 전도성이 향상된 새로운 소재 개발이 필요했다. 이러한 요구에 부응해 그래핀과 그 유도체는 탁월한 전기적 특성을 바탕으로 차세대 미세 전극 개발에 활용되고 있다. 연구팀은 그래핀 유래 소재인 EGNITE의 말초 신경 자극 및 기록 능력을 연구하고, 장시간 기능 유지를 위한 생체 적합성을 검증했다. 연구 결과는 '어드밴스트 사이언스(Advanced Science)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 자비에 나바로 교수가 이끄는 INc-UAB의 신경 가소성 및 재생 연구팀과 INC2의 호세 가리도 연구팀의 협력으로 진행됐다. INC2는 신경 인터페이스와 함께 EGNITE 개발을 담당했다. 연구팀은 쥐 실험을 통해 쥐의 좌골 신경에 이식된 EGNITE 전극이 최대 60일 동안 선택적인 근육 활성화를 유도하는 것을 확인했다. 팀은 EGNITE 전극이 기존 금속 미세 전극보다 근육 활성화에 필요한 전류가 현저히 감소했다고 설명했다. EGNITE 전극은 크기가 작아 신경 내 특정 부위만 선택적으로 자극할 수 있어, 신경 보철 장치의 정확도와 효율성을 향상시켰다. 또한 그래핀의 우수한 전기 전도성을 바탕으로 신경 신호를 효과적으로 전달하고 기록할 수 있다. INc-UAB의 박사후 연구원이자 이 논문의 제1저자인 브루노 로드리게스-메이나는 "근육 활성화를 생성하는 데 필요한 전류의 감소는 다른 대형 금속 미세 전극과 비교할 때 현저한 차이가 있었다"고 말했다. 또한 EGINITE 전극은 생체 적합성이 우수해 이식된 인터페이스로 인한 기능 변화나 염증 반응이 관찰되지 않았다. 나바로 교수는 "이 연구의 다음 단계는 EGNITE 기반 기술의 최적화외 미주 신경 또는 척수 자극 시스템에 대한 임상 전 연구에의 적용으로 구성될 것이다"라고 말했다. 연구팀은 아울러 생체 전자 의학 분야에서 임상 적용을 위한 연구도 병행할 계획이다. EGNITE 전극은 신경 보철뿐만 아니라, 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 또한 팔다리 절단 환자나 신경 손상 환자의 운동 및 감각 기능 회복에 기여해 삶의 질을 높일 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-07-12
세계 최초로 인간 면역체계 완전히 갖춘 쥐 모델 개발

미국 텍사스대 과학자들이 완전하고 기능적인 인간 면역체계를 가진 쥐 모델 개발에 성공했다. 이 모델은 또한 특정 항체 반응을 생성할 수 있는 인간과 유사한 장내 미생물군을 가지고 있는 것으로 보고됐다고 메디컬 익스프레스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 8일(현지시간) 보도했다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강 과학센터의 과학자들이 개발한 이 인간화된 쥐는 TruHuX(진정한 인간, 또는 THX)라는 이름을 가지고 있다. 텍사스 대학교 롱 의과대학 미생물학, 면역학 및 분자유전학과의 파울로 카살리(Paolo Casali) 교수 연구팀은 면역학 및 미생물학 분야에서 50년 이상의 경력을 지닌 연구자로, 항체 반응의 분자 유전학 및 후성유전학 분야의 전문가다. 연구팀은 기존 인간 모델의 한계를 극복하기 위해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 가진 인간화된 쥐 모델 개발을 목표로 했다. 쥐는 크기가 작고, 취급이 용이하며, 인간과 많은 면역 요소 및 생물학적 특성을 공유하고, 유전적 변형이 용이하기 때문에 생물학 및 생물 의학 연구에 널리 사용된다. 그러나 1600개 이상의 쥐 면역 반응 유전자 중 상당수는 인간 유전자와 일치하지 않아 인간 면역 반응 예측에 차이 또는 결함을 초래한다. 이러한 이유로 인간 면역 반응을 정확하게 재현하는 '인간화된 쥐' 모델 개발이 중요한 과제로 떠올랐다. 본 연구는 2024년 8월 '네이처 이뮤놀로지(Nature Immunology)' 저널에 게재될 예정이다. 탯줄 혈액서 분리한 인간 줄기세포 쥐 심장에 주입 연구팀에 따르면 이 TruHuX 쥐 모델에는 림프절, 생식 중심, 흉선 인간 상피 세포, 인간 T 림프구와 B 림프구, 기억 B 림프구, 그리고 인간에서 발견되는 것과 동일한 고도로 특이한 항체와 자가항체를 생성하는 형질 세포가 포함되어 있다. 1980년대에 인간 HIV 감염 및 면역 반응 모델링을 위해 처음으로 인간화된 쥐가 개발됐다. 이후 면역결핍 쥐에 인간 말초 림프구, 조혈모세포 또는 다른 인간 세포를 주입하는 방식으로 인간화된 쥐가 계속 개발되어 왔다. 그러나 기존 모델들은 완전히 기능하는 인간 면역 체계를 갖추지 못하고, 수명이 짧으며, 효과적인 면역 반응을 나타내지 못했다. 이로 인해 인간 면역 치료제 개발, 인간 질병 모델링 또는 인간 백신 개발에 적합하지 않았다. 카살리 교수 연구팀은 탯줄 혈액에서 분리한 인간 줄기세포를 면역결핍 NSG W41 돌연변이 쥐의 심장(좌심실)에 주입하는 방식으로 연구를 시작했다. 몇 주 후, 이식된 줄기세포가 안정화되면 쥐에게 17β-에스트라디올(E2)을 투여하여 호르몬 조절을 진행했다. 에스트로겐은 인체에서 가장 강력하고 풍부한 형태의 여성 호르몬이다. 에스트로겐을 통한 호르몬 조절은 이전 연구 결과에 근거하여 진행되었다. 이는 에스트로겐이 인간 줄기세포 생존율을 높이고, B 림프구 분화와 바이러스 및 박테리아에 대한 항체 생성을 촉진한다는 점을 시사한다. 카실리 박사는 "에스트로겐 활성을 중요하게 활용하여 인간 줄기세포와 인간 면역세포 분화 및 항체 반응을 지원함으로써 THX 쥐는 인간 면역계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 이렇게 개발된 TruHuX(THX) 쥐는 림프절, 배중심, 흉선 상피 세포, 인간 T 및 B 림프구, 기억 B 림프구 및 형질 세포를 포함해 완전히 발달하고 기능하는 인간 면역 체계를 갖추고 있다. 프리스테인 주입시 루푸스 발현 THX 쥐는 실모넬라 편모 단백질 및 화이자 COVID-19 mRNA 백신 접종 후 각각 살모넬라 티피뮤리움 및 SARS-CoV-2 바이러스 스파이크 S1 RBD에 대한 성숙한 중화 항체 반응을 나타냈다. 또한 염증 반응을 유발하는 기름인 프리스테인 주입 후 전신성 호반성 루푸스 자가면역 질환을 발병할 수 있다. 카실리는 이 새로운 발견이 암 체크포인트 억제제와 같은 면역치료제, 인간 박테리아 및 바이러스 백신 개발, 다양한 인간 질병의 모델링 등 인간 생체 내 실험에 새로운 길을 열었다고 설명했다. 또한 이 새로운 접근 방식이 면역학 및 미생물학 연구에서 비인간 영장류 사용을 대체할 수 있다는 낙관적인 전망을 내놓고 있다. 에스트로겐과 면역 체계에 대한 이전 연구가 부족했기 때문에 카실리 교수는 이번 발견이 해당 주제에 대한 추가 연구를 촉진하기를 기대하고 있다. 카실리 교수는 "THX 쥐는 에스트로겐 활동을 활용해 인간 줄기세포 및 면역세포 분화와 항체 반응을 지원함으로써 인간 면역 체계 연구, 인간 백신 개발 및 치료제 테스트를 위한 플랫폼을 제공한다"고 말했다. 연구팀은 현재 THX 쥐 모델을 사용하여 전신 및 국소 수준에서 SARS-CoV-2(COVID-19)에 대한 생체 내 인간 면역 반응, 인간 기억 B 림프구, 생성을 위한 핵 수용체 RORα 의존성, RORα 발현 및 조절 장애로 이어지는 사건을 조사하고 있다. 연구팀은 또한 인간 형질세포 생성을 매개하는 후성유전학 요인과 메커니즘을 탐구하고 있다. 형질세포는 박테리아, 바시리스 또는 암세포에 대한 항체를 초당 수천개씩 만드는 일종의 세포 공장이다.
- IT/바이오
2024-07-09
[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.
- 포커스온
2024-07-04
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.
- IT/바이오
2024-06-27
[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.
- 포커스온
2024-06-13
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.
- IT/바이오
2024-06-05
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.
- IT/바이오
2024-05-29
[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.
- 포커스온
2024-05-29
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.
- IT/바이오
2024-05-25
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.
- IT/바이오
2024-05-22
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.
- 생활경제
2024-05-14
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.
- IT/바이오
2024-05-10