2023년 노벨생리의학상은 코로나19 백신 개발에 기여한 의사과학자인 드류 와이스먼(Drew Weissman)과 생화학자 커털린 커리코(Katalin Kariko) 교수에게 돌아갔다. 이들은 20년이 넘는 시간 동안 RNA 기술을 백신에 적용하는 것에 집중했다. 당시엔 주목받지 못했던 기술이었지만 전례없이 빠른 시간 안에 개발된 코로나19 백신 개발에 기여하면서 mRNA 신약 개발이라는 새로운 지평을 열었다는 평가를 받았다. 이 기술을 활용해 mRNA 백신을 만들 땐 고도의 바이오 기술과 나노 기술의 융합이 필요한데 그 중심에도 의사과학자가 있었다. 코로나 팬데믹을 겪으며 인류는 이렇게 의사과학자의 필요성과 직면하게 되었다. 하지만 이미 의사도 있고 과학자도 많은데 의사과학자 양성이 필요한 이유는 무엇일까. 그 근본적인 질문의 답을 찾기 위해 우리나라를 대표하는 의사과학자 중 한 명으로 손꼽히는 고규영 교수를 만났다. 

KAIST 특훈교수와 IBS 혈관단장이면서 여전한 현역 연구자로 학계에서 주목받는 연구 성과를 끊임없이 발표하고 있는 고규영 교수는 의과대학 재학 시절부터 지금까지 40여 년이 넘도록 생명과학 연구자의 길을 걸어가고 있다. 최근에 뇌 노폐물 배출 허브 역할을 하는 경로를 발견하고 더 나아가 뇌척수액 배출을 약물로 조절할 수 있는 가능성을 찾아낸 연구 성과를 네이처(Nature, 2024년 1월 25일)를 통해 발표하며 주목받기도 했다. 이 연구내용이 impact가 큰 만큼 'Brain Drain'이라는 title과 함께 cover story가 되었다. 혈관과 림프 그리고 뇌척수액에 대한 깊은 이해로 순환계를 통한 질병 예방과 치료에까지 나아가려는 여전한 현역 연구자 고규영 교수를 만나 연구 이야기와 함께 과학계 현안 중 하나인 의사과학자에 대한 고견을 들어봤다.

Q. 안녕하세요. 교수님의 연구를 소개해 주시겠어요? 

저의 최근 관심사는 뇌척수액을 배출시키는 림프관이 과연 어디에 존재하고 어떻게 조절 받는지에 집중되어 있습니다. 뇌척수액의 배출은 그동안 크게 하이라이트 받지 못한 연구에 속했는데 최근 노령인구 증가로 치매 같은 신경 퇴행성 질환자가 많아지며 새롭게 조명받고 있습니다. 많은 사람이 알츠하이머병에 걸리는데 병에 걸리는 원인을 찾다 보니까 여러 가지 뇌 노폐물들이 청소되어야 하는데 그러지 못하고 있는 걸 알게 된 거죠. 그래서 저는 이 뇌척수액과 이를  배출시키는 뇌막과 목 림프관, 그리고 이걸 잘 조절해서 배출과 순환을 도와서 노폐물들이 축적되어 일으키는 질병을 예방하는 데까지 나아가려고 연구하고 있습니다. 한마디로 최근엔 뇌척수액과 배출 림프관을 통한 뇌 청소율 증진에 집중하고 있다고 생각하시면 될 것 같습니다.

Q. 말씀하신 내용으로 최근 1월 25일 네이처誌 Cover로 교수님의 연구가 소개되기도 했습니다. 네이처를 통해 발표된 논문에 대해 간략하게 소개해 주신다면요? 

뇌는 우리 몸의 장기 중에 에너지를 가장 많이 쓰는 곳입니다. 에너지를 많이 쓰는 만큼 노폐물(Debris/Waste products)도 많이 만들어 내요. 뇌척수액은 Choroid plexus(맥락총)이란 곳에서 하루에 500ml 정도가 만들어지는데 뇌 노폐물의 많은 부분이 뇌척수액에 녹아 있습니다. 그러다 보니 뇌척수액의 순환 배출이 중요합니다. 뇌 안에서 생성된 여러 노폐물을 빨리 내보내서 뇌를 깨끗하게 해주는 작업을 해야 하는 데 노화되면서 이런 노폐물들이 잘 배출되지 않아 문제를 일으키고 있었죠. 이유는 노화로 인해 뇌척수액 배출 뇌막 림프관이 변형되고 기능이 저하됐기 때문입니다. 실제로 노화로 인해 기능이 저하된 뇌 후반부 뇌막 림프관을 발견해 2019년에 Nature에 발표하기도 했습니다. 이번 연구에서는 코 뒤쪽에 있는 비인두에 림프관망이 잘 발달되어 있으며 이 림프관망이 뇌의 전반부와 중간 부위에 모여있는 뇌척수액 배출의 주요 ‘Hub’ 역할을 한다는 사실을 밝힌 것입니다. 불행히도 노화된 생쥐에서 보니 상당히 망가져 있었습니다. 따라서 노화 시 뇌척수액 배출의 감소를 동반하는 데 크게 기여한다는 사실을 추정할 수 있었습니다. 다행히 이 림프관망과 연결된 목 림프관을 새롭게 발견했는데 이 림프관은 노화된 생쥐에서도 큰 변형이 없었습니다. 이 목 림프관은 근육과 신경으로 둘러싸여 소형펌프 역할을 하고 있습니다. 여기에 약물 처리를 했더니 펌프 기능이 증가해 뇌척수액 배출을 촉진하는 것을 확인했습니다. 이것은 우리가 머리 밖에서 뇌척수액을 조절할 수 있다는 매우 중요한 'proof-of-concept'을 제시한 것입니다. 이에 따라 일부 이미지가 featured cover가 되었습니다. 따라서 당연히 ‘어떻게 효율적으로 이를 조절할 수 있는가?’하는 질문의 답을 중대형 동물을 이용해 후속 연구로 이어나갈 계획입니다.

[고규영 교수가 IBS KAIST 캠퍼스에서 네이처를 통해 발표된 논문에 대해 설명하고 있다] [사진 = BRIC] 

Q. 교수님께서는 혈관을 연구하다가 뇌척수액 배출 담당 림프관으로 연구의 방향을 전환하기도 했는데요. 방향을 전환하게 된 특별한 계기가 있을까요? 

제가 미국에서 포스닥을 하면서 주어진 주제가 심장 줄기세포를 심장에 이식하는 것이었어요. 다른 연구팀과 경쟁적으로 실험을 했습니다. 모두가 이식에 실패했는데 제가 94년도에 성공했어요. 줄기세포를 이식하는 일은 지금도 힘듭니다. 이식 성공률을 높이려면 이식된 세포가 그 환경에서 살아나야 하잖아요. 그러려면 영양분과 산소가 공급돼야 합니다. 그때 필요한 것이 모세혈관이에요. 그렇게 모세혈관에 매료돼서 성장인자가 어떻게 모세혈관을 신생하고 유지하는지 메커니즘을 밝히는 일을 한 20년 정도 했습니다. 모세혈관이 재밌는 게 장기마다 특성들이 매우 달라요. 왜 다른지, 그 이유는 무엇인지, 각종 질병과 어떠한 관계가 있는지 연구했어요. 그래서 새로운 발견들도 많이 하고 관련된 기술을 이전하기도 하고 다양한 연구를 통해 수준 높은 성과도 많이 냈습니다. 그다음으로는 모세혈관이 주변 세포들하고 서로 Interaction communication을 하는 게 재밌었어요. 암 혈관을 제어하며 암의 진행과 전이를 막는 치료법이 세계적으로 주목을 받을 때여서 이 부분에 대해 중점적으로 연구하기도 했습니다. 

혈관이 혈액 수송을 통해 산소와 영양분을 공급하는 상수도 역할을 한다면 림프관은 림프액을 통해 노폐물을 배출하는 하수도 역할을 담당합니다. 서로 모양도 같고 안쪽으로는 유사한 내피세포로 구성되어 있어 혈관을 연구하는 연구자들은 자연스럽게 림프관 연구도 함께하게 됩니다. 

20여 년 전부터 림프관 연구가 새롭게 뜰 때 초반부터 림프관을 연구하면서 연구를 주도 했습니다. 장기별 림프관 특성을 연구하던 중 이비인후과 전문의들이 대학원생으로 랩에 들어오면서 본인들이 잘 알고 있는 머리 부분과 목 부분의 림프관에 관심을 두게 되었습니다. 우리 장기 중에 단위 무게당 가장 많이 에너지를 쓰는 장기가 뇌입니다. 그만큼 노폐물도 많이 만들어 내는데 이 노폐물들이 녹아 있는 뇌척수액이 잘 배출되도록 하는 데, 뇌 청소율이 유지되는 림프관 연구까지 오게 된 겁니다. 제가 연구를 오랫동안 해보니까, 연구자들은 탐험가(Explorer) 정신이 있어서 진행 중인 관심 질문에 답하는 논문을 내고 나면 그다음 날 아침에 일어나서 더 깊은 질문을 향해 통찰력 있는 답변과 이해를 얻기 위해 탐험가처럼 새로운 도전을 시작합니다. 안주할 틈이 없죠, 실제 안주하는 것이 괴롭죠. 그러니까 항상 새로운 도전을 원합니다. 실패는 항상 있는 일이니까요. 

Q. 연구자는 탐험가라는 말이 인상 깊습니다. 연구를 하다 보면 예상 밖의 일들을 많이 마주하게 되는데 지금까지 연구자로서 보낸 시간 중에 기억에 남는 일이 있을까요? 

제가 IBS 혈관단장이 되어 5년 정도 지났을 무렵 COVID-19로 팬데믹이 왔어요. 그때까지 앞만 보고 달리다가 잠깐 멈추게 되고, 그렇게 번아웃이 온 것 같았어요. 그런데 그때 든 생각이 ‘내가 과학자인데, 이렇게 많은 사람이 죽고 전 세계가 공포에 떨고 있는데 뭔가 연구로 도움이 되는 일을 해야 하지 않을까’라는 사명감에 우리 연구원들과 의기투합해 새로운 일을 하기도 했습니다. 사실 과학자의 사명감에서 시작했지만, 이 연구를 통해 오히려 제가 큰 위로를 받고 번아웃에서 벗어났습니다.

우한에서 (2019년) 12월에 이상한 호흡기 환자가 발생했다는 얘길 듣고 저는 직감적으로 예사롭지 않다는 것을 금방 알았어요. 사스나 메르스처럼 이건 분명히 비말을 통한 원인불명의 호흡기 바이러스 감염이고 그래서 알기 전까지 우선 전파방지를 위해 마스크를 철저히 써야 한다고 주장하고 SNS와 기고문을 통해 알리기 시작했습니다. COVID-19 팬데믹 초기에 혼돈이 많이 있었는데, COVID-19에 대한 올바른 과학지식 정보를 전달하기 위해 기초과학연구원 생물분야 과학자들이 코로나19 대응 과학정보제공팀을 꾸려서 COVID-19에 어떻게 효과적으로 대응할 것인지에 대해 기고문 등을 통해 정보전달에 총력을 기울였습니다. 이로 인해 탄생한 책이 ‘코로나사이언스 1·2권’입니다. 동시에 우리 연구단은 코로나바이러스-2의 First entry는 콧속 비강인데 코로나바이러스가 어느 상피세포에 어떻게 감염되고 증식하는지, 그리고 언제 소멸하는지 이걸 알아야 대응책도 찾을 수 있다고 생각했어요. 가장 근본적인 일이지요. 비강 섬모세포가 첫 감염과 증식이 이루어지는 직접적인 증거를 찾아내 Journal of Clinical Investigation에 표지논문으로 발표하기도 했습니다. 이 논문이 COVID-19 방역과 비강 백신 개발에 큰 이정표가 되었다고 생각해요. 이후 비강 점막 면역감시와 작용기전을 명확히 하고자 생쥐 비강 내 점막 혈관과 림프관의 형태학적 및 분자생물학적 Atlas를 만들었습니다. (Nature Cardiovascular Research 2023년 4월호 표지 논문)

이처럼, 위기의 순간에 동료 과학자들이 한마음으로 힘을 합쳤고 공동 연구를 진행 하면서 좋은 논문도 내게 됐습니다. 결과적으로 코로나19의 위기가 우리 과학자들을 뭉치게 했다고 생각하고, 국민 세금으로 연구하는 사람인데 이러한 노력으로 상당한 보상을 할 수 있었다고 생각합니다. 그래서 그 시간이 저의 연구 인생에 특별한 경험으로 기억될 것 같습니다. 

Q. 고규영 교수님은 우리나라를 대표하는 의사과학자 중에 한 분으로 손꼽힙니다. 최근 과학계, 의료계, 교육계 등에서 의사과학자가 아주 핫한 이슈인데, 의사과학자로서 이런 현상에 대해 어떻게 생각하시는지요. 

저는 의대를 졸업하고 의사면허증을 취득했지만 환자를 보는 임상의가 아니고 기초의학 중 생리학을 전공한 기초의학자가 되어 지난 40년 동안 기초의학 생명과학자로서 연구했습니다. 의사과학자는 해당 분야 임상과 기초의학을 전공하고 환자를 보지만 기초의학 및 생명과학을 주업으로 하는 과학자라고 할 수 있겠습니다. 순수 기초의학자 보다는 해당 임상 질환 분야에 훨씬 통찰력 있는 분들입니다. 현재 우리나라에서 진정한 의미의 기초의학자와 의사과학자의 수는 매우 적습니다. 희귀인간이라 불리죠.(웃음) 

그동안 훌륭하신 생명과학자와 생명공학자가 우리나라 과학과 기술을 선진국 수준으로 이끌어 오셨습니다. 그런데 흥미롭게도 우리나라에서 한 2~3년 전부터 의사과학자 양성이라는 화두가 여러 사회 구조층에서 강조 되고 있습니다. 그 이유는 우수하다고 생각되는 젊은 인재들이 의대로 몰리니까 이들 중 일부라도 과학기술에 종사해 국익 창출을 이끄는 리더가 되어야 한다고 판단하는 것 같습니다. 가장 큰 role model case는 이번 COVID-19 팬데믹에 대응해 모더나, 화이자에서 연구개발·생산한 코로나 백신이 의사과학자 주도로 성공했기 때문일 겁니다. 황반변성/당뇨병성 망막질환 치료 항체 (로슈제약회사)도 큰 제약회사에서 안과 전문 의사과학자들이 주도해 연구개발, 임상시험까지 성공적으로 이끈 사례입니다. 우리도 현대 의약 개발을 주도하기 위해 의사과학자를 양성해야 한다는 시대적 요구도 있는 것 같아요. 글로벌 대형제약회사들이 의사과학자가 환자를 치료하는 임상 의사와 초기 개발을 하는 생명과학자와 협업할 때 소통이 원활하고 그런 경험과 지식이 있기 때문에 이들을 영입하기 위해 큰 투자를 하고 있습니다. 이러한 시각에서 볼 때 우리나라도 이러한 활동을 평생의 업으로 삼을 의사과학자 양성이 절실합니다. 

우리나라에서 매년 몇 명을 의사과학자로 양성해야 적정한지에 대해서는 단언하기 힘듭니다. 현재 의대, 한의대, 치대까지 포함한 의대에서 매년 4000명 정도의 의사가 배출됩니다. 그 중 1% 정도인 40명 정도만 진정한 의미의 의사과학자가 된다면 적정하다고 생각합니다. 현재 카이스트를 비롯한 연구중심대학과 연구중심 의과대학에서 전공의를 대상으로 생명과학/기초의학 박사과정이 있어 상당수가 양질의 교육과 연구 수련 과정을 이수하면서 훌륭한 기초의과학 및 의공학 연구논문도 발표하고 있습니다. 아주 고무적인 일이죠. 하지만 박사학위 취득 후 병원으로 돌아가 대부분이 연구보다는 임상에만 매달려야 하는 것이 안타까운 상황과 현실입니다. 어렵게 양성한 의사과학자들이 우리가 원했던 대로 연구개발과 임상시험을 주도하는 리더로 발전(이를 진정한 의미의 ‘의사과학자’라 생각)하기 어렵기 때문에 이를 원활하게 할 수 있는 시스템을 만들어야 한다고 봅니다. 

이처럼 진정한 ”의사과학자“의 양성은 생각보다 많은 시간과 투자가 요구됩니다. 이를 원하는 대상자 그리고 이들을 지원하는 대학, 병원, 정부의 여러 의견을 수렴하고 일관성 있게 효율적으로 operation하는 Control tower가 있어야 된다고 봅니다. 

[고규영 교수는 진정한 의미의 의사과학자 양성을 위해선 숫자를 얼마나 늘이느냐 보다 연속성 있게 지원하는 시스템과 Control tower가
필요하다고 말했다.] [사진=BRIC] 

Q. IBS 단장으로 연구단을 이끌고 계시는데, 단장은 연구단을 이끌어야 하는 일종의 감독 역할을 하고 계신 거잖아요. 시간이 지나면 많은 연구자가 리더의 역할을 수행하게 될 텐데 연구자들에게 리더로서 해주고 싶은 얘기가 있을까요? 

젊은 시절부터 연구와 연구원에 대한 열정 하나로 살아온 것 같습니다. 연구원과 식구보다 더 가깝게 지내왔습니다. 연구원들이 잘되기를 바라는 마음에 따끔한 충고도 서슴지 않았어요. 지금은 충고보다는 달랩니다. 그리고 비전을 매주 제시합니다. 제 차는 연구원들과 밥 먹으러 다니는 이동 수단이에요. 이동 동안 그리고 점심을 같이 먹으며 연구에 대해 이야기합니다. 물론 연구원들의 개인 상담 고민도 해. 연구원들이 Lab 미팅 하기 싫다고 해서 1년 동안 그만두기도 했습니다. 다시 달래서 한 달에 한 번 합니다. 자유가 충만하죠. 그러나 본인들의 장래를 생각하면 항상 연구에 집중해야 하지 않겠어요. 우리 연구원들이 행복하고 잘 돼야 저도 행복하고 잘 되는 것이라 생각합니다. 저는 항상 우린 같은 항구를 향하는 배를 같이 타고 있다고 강조합니다. 가다가 중간에 어느 항구에서 내릴지언정 계속 항해해서 희망봉까지 가 봐야 하지 않겠어요. 그 항해를 안 아프고 건강하게 보람 있게 함께 갈 수 있길 바랍니다.

Q. 젊은 과학자들에게 꼭 해 주고 싶은 조언이 있을까요?

연구는 서로 간에 소통, 상호협력, 상호협업이 중요합니다. 그래서 open-mind를 가지고 동료들을 대하라고 합니다. 자기만의 성을 쌓고 서로 손잡고 일하지 않는 연구원들이 있습니다. 그런 친구들 보면 저는 그러지 말고 동료들과 같이 밥 먹으러 다녀라, 개인 생활에 대해 이야기도 하고, 고민 같은 것도 얘기하고, 서로 밥도 사라고 얘기해줍니다. 저와의 소통도 원활히 하고 연구 진행 의논도 언제든지 하라고 합니다. 어찌 보면 24시간 열려 있습니다. 집안에서 (형제없이) 혼자 또는 둘만 성장 해온 우리 젊은 세대들이 소통 능력이 부족한 것은 사실입니다. 따라서 내가 찾아다니며 먼저 인사하고 의논하자고 하고 밥도 같이 먹자고 합니다. 이런 것들도 불편하다고 하면 제가 다른 방도를 찾도록 노력해야겠죠. 분명한 것은 젊은 과학자가 지도교수와 동료들과 7시간 대화를 한다면 7일을 더욱 효율적으로 사용해 7개월을 앞서갈 것이라 생각합니다. 특히 의사과학자는 생명과학자와 생명공학자들과의 소통, 상호협력 및 협업이 필수입니다. 

저는 우리 연구원들이 행복하고 건강했으면 좋겠습니다. 저는 지금 하는 연구가 가장 Hot하고 제 평생을 봐서도 하고 싶은 일을 하고 있다고 생각해요. 본인이 열정적으로 하고 싶은 연구를 잘해서 창의적인 연구 성과를 이룬다면 사회, 국가, 그리고 인류 공헌에 기여하는 것입니다. 우리가 국민들이 땀 어린 노력으로 얻은 소득의 일부를 납부한 세금으로 우리나라의 미래를 위해 연구개발을 하는 것인 만큼, 더욱 진지하게 노력하고 생각하고 의논하고 기발한 발상도 해야 하지 않겠어요? 지금 본인이 하는 연구가 가장 중요하다고 생각하고 가장 멋진 일이라고 생각해 주고, 자기가 가장 멋있는 사람이라고 생각하며 자부심을 가지고 일한다면 더 바랄 것이 없겠습니다. 

인터뷰  후 고규영 교수는 1월25일자 Nature cover 소식에 대해.. 

”우리의 groundbraking discovery가 cover로 featured 되어 너무 기쁩니다. 그동안 고생 했던 것이 한순간에 날아 간 기분이에요. 이는 순전히 같이 배를 타고 고생한 연구원들 덕분입니다. 그리고 그들이 자긍심을 가지고 일한 그들의 업적이에요. 저는 그저 같이 배를 타고 뱃머리에 앉아 있었기 때문입니다.“ 라는 소회를 덧붙였다. 

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고규영 IBS 혈관연구단장 · KAIST 교수 

Position 
-Director, Center for Vascular Research, IBS
-Distinguished Professor, KAIST
-Scientific Member, Max Plank Institute 

-Member, KAST, Republic of Korea
-Member, National Academy of Sciences, Republic of Korea 

Education 
-1977-1983 Chonbuk National University Medical School M.D.
-1983-1990 Chonbuk National University Medical School Ph.D.

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취재 : 생물학연구정보센터 박유미