2019년에 우리의 삶을 더 낫게 만들어줄 다섯 가지 과학적 발견을 돌아본다

3D 프린트로 만든 이식용 인공 장기부터 치명적인 질병을 진단하는 새로운 방법까지 2018년엔 특히 주목할 만한 과학적 발견이 많았다. 그중 앞으로 우리 삶을 더 낫게 만들어줄 수 있는 5가지를 소개한다. 암은 매년 세계에서 수백만 명의 목숨을 앗아가는 가장 치명적인 질병 중 하나다. 그러나 머지않아 그런 사실이 옛 이야기가 될지 모른다. 미국 존스 홉킨스대학 키멜 종합 암센터의 연구팀이 암을 탐지하는 새로운 방법을 발견했기 때문이다.

혈액검사를 통해 암과 관련된 유전자 변이와 DNA 단백질 수치를 동시에 분석하는 비침습적 다성분 분석 기법이다. 단 한 번의 혈액검사로 8가지 암을 잡아낼 수 있는 이 기법은 난소암·간암·위암·췌장암·식도암·대장암·폐암·유방암 등을 평균 70%의 정확도로 잡아낼 수 있다고 연구팀을 지휘한 니콜라스 파파도풀로스 종양병리학 교수가 밝혔다.

검사법의 정확도를 평가하는 데는 민감도와 특이도가 이용된다. 민감도는 질병이 있는 사람을 ‘양성’으로 검출해 내는 능력, 특이도는 질병이 없는 사람을 ‘음성’으로 판단하는 능력이다. 병기 1~3기의 상기 8가지 암 환자 1500명을 대상으로 진행한 테스트 결과, 진단의 정확도를 나타내는 민감도가 최저 33%(유방암)에서 최고 98%(난소암)까지로 암 종류에 따라 차이가 났다. 특히 이렇다 할 진단법이 없는 난소암·간암·위암·췌장암·식도암 등 5가지 암의 진단 민감도는 69~98%로 나타났다. 암이 아니라고 판단하는 특이도는 99% 이상이었다. 인체 장기 이식이 머지않아 자동차 부품을 갈아끼우는 것처럼 쉬워질 전망이다. 미국의 과학자들은 실험실에서 줄기세포 기술로 인체 식도 조직 배양에 사상 최초로 성공했다.

또 영국 뉴캐슬대학 연구팀은 실험실에서 3D 프린터로 각막을 찍어냈다. 연구팀은 기증받은 건강한 각막의 줄기세포를 알긴산염·콜라겐과 혼합해 프린트 재료인 ‘바이오잉크’를 만들어낸 다음 그 용액을 3D프린터 안에 투입했다. 3D 각막을 프린트하는 데는 10분도 안 걸렸다. 줄기세포가 바이오잉크와 비슷한 히드로겔(물이 용매인 젤리형 물질) 형태로 실내온도에서 수주 동안 생존할 수 있음을 보여주는 과거의 연구결과를 토대로 그 세포들이 인공 각막에서도 배양됐다. 각막을 쉽게 프린트할 수 있어 무한 공급이 가능해질 뿐 아니라 환자 눈의 크기와 형태에 맞게 만들어낼 수 있다. 각막 손상이나 질환으로 완전히 시력을 상실한 약 500만 명에게 큰 도움이 될 수 있다. 실험실 배양 인공육은 첨단기술이 투입된 ‘미래의 고기’다. 배양육은 소·돼지·닭 등의 가축에서 추출한 줄기세포를 실험실에서 6주간 배양한 후 고기처럼 만든다. 네덜란드의 한 스타트업이 동물의 탯줄에서 채취한 줄기세포를 사용해 실험실에서 인공육 배양에 성공했다. 탯줄은 보통 그냥 버려지지만 이 회사는 그 탯줄을 사용해 동물이 해를 입지 않는 방식으로 고기를 생산했다. 미테이블(Meatable)이라는 이 회사는 앞으로 4년 안에 ‘도축 없이 만든’ 버거와 소시지를 식당에 공급할 계획이다.

배양육의 가장 큰 장점은 가축을 사육하는 과정을 거치지 않기 때문에 축산업으로 발생하는 환경 오염의 영향을 최소화할 수 있다. 영국 옥스퍼드대의 한나 투오미스토 교수팀이 발표한 논문 ‘배양육 생산의 환경영향’(2011)에 따르면 배양육을 만드는 데 들어간 에너지는 기존 축산업보다 평균 55% 적다. 온실가스 배출량과 토지 사용량은 기존 축산업의 각각 4%, 1%에 불과하다. 알츠하이머병은 인지장애를 초래하는 치매의 일종으로 심할 경우 환자는 일상생활을 수행하기 어렵다. 지난해 연구자들은 세포요법으로 실험쥐의 뇌에서 손상된 세포를 교체하거나 치료했다. 이런 기법은 가까운 장래에 알츠하이머병 치료제를 찾는 데 도움이 될 수 있다.

이 연구에서 바이오 제약회사 뉴럴스템이 자체 개발해 특허를 획득한 인체 신경줄기세포주인 NSI-532.IGF1이 실험쥐의 알츠하이머병 상태를 완화하고 인지 능력을 향상시킨 것으로 나타났다. 미시간대학 에바 펠드먼 박사가 이끈 연구팀은 알츠하이머병 발병과 관련된 유전자 변이를 가진 실험쥐에 신경줄기세포주를 이식했다. NSI-532.IGF1을 뇌 내 기억 형성에 핵심 역할을 하는 해마 근처에 주입하자 제어 관련 인지 능력이 향상됐다.

펠드먼 박사는 “알츠하이머병은 치매의 주된 원인으로 병을 확실하게 고칠 수 있는 치료제가 없다”면서 “우리 연구팀은 훌륭한 동물 모델에 인체 신경줄기세포를 주입해 고무적인 실험 결과를 얻었으며, 앞으로도 뉴럴스템과 공동으로 연구를 지속할 것”이라고 말했다.

지금까지 대부분의 질병을 치료하는 약은 입으로 삼키거나 주사로 투여됐다. 그러나 곧 약물을 실은 로봇이 특정 세포나 문제 부위를 표적으로 공격함으로써 그 일을 대신할 수 있을 전망이다.

인도 과학원의 과학자들이 이산화실리콘과 철의 얇은 막으로 전자기 나노모터를 합성했다. 이 나노모터는 혈액과 세포 내부를 돌아다닐 수 있어 특정 세포를 파괴하거나 약물 투여에 유용하게 사용될 수 있을 전망이다. 자궁경부암 세포와 특정 동물 세포를 사용했을 때 이 나노모터는 자기장에 반응해 세포 속으로 쉽게 들어가 세포질 내부에서 이동했다. 1시간이 지난 뒤에도 세포는 살아 있어 나노모터가 독성도 없다는 것이 판명됐다. 특히 이 나노모터는 세포 사이의 장애물에 부닥치면 후진해 다른 길을 찾아 다시 이동했다. 세포 사이의 공간이 나노모터의 넓이와 같아 세포 내부를 어디든 돌아다닐 수 있다.

- 사친 트리베디 아이비타임즈 기자

ⓒ이코노미스트(https://economist.co.kr) '내일을 위한 경제뉴스 이코노미스트' 무단 전재 및 재배포 금지