이번 실험은 궁극적으로 이식용 장기의 새로운 원천으로 자리잡겠지만, 그러기 위해서는 윤리적·기술적 장애를 극복해야 한다.

＠ 日本経済新聞(참고 1)

올해 초 「인간-동물배아」 실험에 대한 금지가 해제된 이후 처음으로, 일본의 줄기세포 과학자들은 정부로부터 "인간의 세포를 포함한 동물배아를 만들어 대리모 동물에 이식해도 좋다"는 승인을 받았다.

도쿄 대학교와 스탠퍼드 대학교(캘리포니아)의 연구팀을 이끄는 나카우치 히로미츠(中內啓光)는, 생쥐와 시궁쥐의 배아에서 인간세포를 배양한 후, 그 배아를 대리모 동물에게 이식할 계획이다. 나카우치의 궁극적인 목표는, 궁극적으로 인간에게 이식될 수 있는 '인간세포로 이루어진 장기'를 보유한 동물을 만드는 것이다.

일본은 지난 2월까지만 해도, "인간세포를 포함한 동물배아를 14일 이상 배양하거나, 대리모의 자궁에 이식하는 것"을 명백히 금지했었다. 그런데 3월 1일, 문부과학성(文部科学省)은 "대리모 동물에게 이식되어 분만에 이를 수 있는 인간-동물배아의 창조"를 허용하는 지침을 새로 발표했다(참고 2).

인간-동물배아는 미국 등에서 만들어졌었지만, 분만에 이른 적은 단 한 번도 없었다(참고 3). 미국에서는 그런 연구가 허용되지만, 미 국립보건원(NIH)은 2015년 이후 연구비 지급을 중단해 왔다.

새로운 지침하에서 문부과학성 전문위원회(専門委員会)의 승인을 받은 것은 나카우치의 실험이 처음이며, 문부과학성의 최종승인은 다음달에 이루어질 것으로 예상된다.

"나는 실험을 서서히 진행할 예정이며, 당분간 교잡배아(hybrid embryo)를 이용한 분만을 시도하지는 않을 것이다"라고 나카우치는 말했다. "1단계에서는 생쥐(임신기간 19-21일)를 이용하여, 생쥐의 장기가 거의 형성되는 14.5일까지 인간-동물배아를 배양할 예정이다. 2단계에서는 시궁쥐(임신기간 21-23일)를 이용하여, 분만일에 가까운 15.5일까지 교잡배아를 배양할 예정이다. 그리고 마지막으로 돼지(임신기간 114일)를 이용하여, 최대 70일까지 교잡배아를 배양하는 실험을 신청할 계획이다."

윤리적 우려

일부 생명윤리학자들은 "인간세포는 발생하는 표적기관을 벗어나 방황하다가 발생하는 동물의 뇌에 유입될 수 있으며, 이 경우 동물의 인지(cognition)에 영향을 미칠 가능성을 배제할 수 없다"며 우려하고 있다.

나카우치에 따르면, 실험을 설계하는 과정에서 그런 문제점을 충분히 고려했다고 한다. "우리는 표적화된 장기생성(targeted organ generation)을 위해 노력하고 있으며, 인간세포는 췌장에만 도착할 것이다"라고 그는 말했다.

나카우지와 다른 과학자들이 추구하는 전략은, '특정 장기(예: 췌장)의 생산에 필요한 유전자가 결핍된 동물배아를 만든 다음, 인간의 유도만능줄기세포(iPS 세포)를 동물의 배아에 주입하는 것'이다. iPS 세포는 배아유사상태(embrryonic-like state)로 역분화된 세포로, 거의 모둔 유형의 세포로 분화할 수 있다. 이론적으로, 동물은 발생하는 동안 인간의 iPS 세포를 이용하여 표적장기를 만들며, 자신의 세포를 이용하여 해당 장기를 만들 수는 없다.

2017년 나카우치와 동료들은 "생쥐의 iPS 세포를 (췌장을 만들지 못하도록 조작된) 시궁쥐의 배아에 주입했다"고 보고했다. 그 결과, 그 시궁쥐는 '100% 생쥐의 세포로 구성된 췌장'을 형성했다고 한다. 나카우치가 이끄는 연구팀은 그 췌장을 (당뇨병을 앓도록 조작된) 생쥐에게 이식했고, 시궁쥐에서 만들어진 췌장은 생쥐의 혈당을 조절함으로써, 당뇨병을 효과적으로 치료했다고 한다(참고 4).

그러나 인간세포로 하여금 다른 종(種)의 체내에서 성장하도록 유도하는 것은 쉽지 않다. 나카우치와 동료들은 2018년 텍사스주 오스틴에서 열린 미국과학진흥협회 회의에서, "인간의 iPS 세포를 (췌장을 만들지 못하도록 조작된) 양(羊)의 배아에 주입했다"고 발표했다. 그러나 28일 동안 성장한 교잡배아에는 극소수의 인간세포가 포함되어 있었을 뿐 아니라, 장기와 비슷하게 생긴 것은 전혀 없었다고 한다. 나카우치는 그에 대해 "인간과 양(羊) 사이의 유전적 거리(genetic distance) 때문일 것"이라고 설명했다.

"돼지와 같이 진화적 거리가 먼 종(種)을 이용하여 만든 인간-동물배아를 분만일까지 대리모의 자궁 속에 두는 것은 난센스다. 왜냐하면 인간세포는 숙주의 배아에서 일찌감치 제거될 것이기 때문이다"라고 텍사스 대학교 부설 사우스웨스턴 메디컬센터(댈러스)에서 인간-동물 키메라를 연구하는 쥔 우(Jun Wu)는 말했다. "교잡배아 분야가 발전하려면, 이러한 장벽을 극복하기 위한 분자적 기초와 발생전략을 이해해야 한다."

"이번에 문부과학성의 승인을 받음으로써 그런 문제를 해결할 수 있는 길이 열렸다"라고 나카우치는 말했다. "나는 약간 다른 단계에 있는 iPS 세포를 사용할 예정이며, 유전적으로 변형된 iPS 세포를 테스트함으로써 '동물배아 속에서 인간세포의 성장을 제한하는 요인'을 밝혀낼 것이다"라고 그는 덧붙였다.

※ 참고문헌
1. https://www.nikkei.com/article/DGXMZO47715900U9A720C1CR0000/?fbclid=IwAR1xvLL4b2v9gh5X_8N2J9BfnmZ9J8rhjF9UWotGCNBkJXMTu5j2Pzf6nlY
2. https://www.nature.com/articles/d41586-019-00790-x
3. https://www.nature.com/news/hybrid-zoo-introducing-pig-human-embryos-and-a-rat-mouse-1.21378
4. https://www.nature.com/articles/nature21070

※ 출처: Nature https://www.nature.com/articles/d41586-019-02275-3