우주 환경이 인체에 주는 영향, 인공 조직으로 밝혀낼까

NASA ‘혈관 조직 챌린지’ 결과 공개
3D 프린팅으로 인공 조직 제작
국제우주정거장서 30일간 실험
인공 장기 이식에 큰 영향 기대

미 항공우주국(NASA)이 진행한 혈관 조직 챌린지에서 1위에 선정된 윈스턴 팀이 만들어낸 인공 조직. 3D 프린팅 기술로 조직을 만들고 체임버 내에서 혈액과 영양분을 공급하는 ‘관류’ 기술을 통해 30일 동안 살아 있게 하는 데 성공했다. 웨이크 포레스트 재생의학연구소 제공

미국 주도의 유인 달 탐사 프로그램 ‘아르테미스’는 2024년까지 달에 우주인을 보내고 전초기지를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 한국도 최근 이에 참여하기로 했다. 달에서 장기간 머물면 인체 조직과 세포는 변화를 겪는다. 우주 방사선이나 미세중력의 영향을 받는다.

미 항공우주국(NASA)이 혹독한 우주 환경이 우주인의 인체에 미치는 영향을 최소화하는 전략을 찾기 위한 연구에 나선다. 3차원(3D) 프린팅 기술을 이용해 인체 조직과 유사한 인공 조직을 만들어 고도 약 400km의 국제우주정거장(ISS)에서 30일 동안 실험을 진행한다. 조직의 변화를 연구하고 세포 손상을 최소화하는 전략을 찾는 게 목표다.

이달 10일(현지 시간) NASA 마셜우주센터는 5년간 진행한 이른바 ‘혈관 조직 챌린지’의 결과를 공개하고 1, 2위 팀을 발표했다. 2016년 재생의학 관련 비영리 재단인 ‘메투셀라 재단’과 손잡고 진행한 결과다. 통제된 실험실 환경에서 인체의 조직이 하는 신진대사 기능을 똑같이 모방한 인공 조직을 만들었다. 앞으로 ISS에서 실제로 연구를 진행하게 된다.

인체 세포로 구성된 조직 주변의 혈관은 혈액을 통해 영양분과 산소를 공급하고 대사로 발생한 노폐물을 제거한다. 이 과정을 의생물학에서는 ‘관류’라고 한다. 보통 간이나 신장, 심장 등의 실제 조직을 외부에 노출한 채로 치료나 연구를 할 때 활용하는 방식이다. 실제 인체 조직과 기관이 아닌 인공적으로 만든 조직에서 이 과정을 똑같이 재현하는 것은 쉽지 않다.

챌린지의 조건은 두께 1cm 이상의 혈관이 포함된 조직을 인공적으로 만들어 30일 동안 조직 내 세포의 생존율을 85% 이상 유지하는 것이었다. 챌린지를 운영한 린 하퍼 NASA 에임스연구센터 연구원은 “인체에서 실제로 일어나는 일들을 인공 조직을 통해 얼마나 잘 모방하느냐가 관건”이라고 했다.

1위를 차지한 ‘웨이크 포레스트 재생의학 연구소(WFRIM)’ 출신 윈스턴 팀은 충분한 산소와 영양분 수준을 유지하도록 설계한 인공 조직을 3D 프린팅을 통해 만들어냈다. 2위로 선정된 ‘WFRIM’ 팀은 윈스턴 팀과는 다른 3D 프린팅 디자인과 재료를 사용해 인간의 실제 간에서 볼 수 있는 세포 유형과 유사한 조직을 생성하고 30일간 살아 있게 하는 데 성공했다.

윈스턴 팀은 30만 달러(약 3억4000만 원)의 상금을 받고 향후 ISS에서 30일간 인공 조직의 변화와 우주 환경의 영향을 연구할 기회를 얻게 됐다. 짐 로이터 NASA 우주기술 담당은 “우주인에 대한 도움은 물론 장기적으로 이번 연구가 인공 장기 이식에 긍정적인 역할을 할 것으로 기대한다”고 말했다.

앞서 NASA는 340일 동안 ISS에 머문 우주인과 지구에 머문 그의 쌍둥이의 인체에 어떤 변화가 발생했는지 분석하고 2019년 4월 국제학술지 ‘사이언스’에 결과를 발표하기도 했다. 소변 및 대변 샘플, 골밀도, 세포 노화, 심혈관 변화 등을 조사한 결과 우주인의 젖산 수치가 증가했고 장내 미생물, 망막 신경 두께 등에서 변화가 발견됐다.

황정아 한국천문연구원 책임연구원은 “우주인이 우주 환경에서 겪는 것 중 가장 중요한 것은 미세중력과 우주 방사선”이라며 “달 기지를 건설하고 심우주 유인 탐사를 위해서는 결국 방사선과 미세중력에 의한 인체 영향 문제를 해결해야 한다”고 말했다.

김민수 동아사이언스 기자 reborn@donga.com