줄기세포로 배아를 만들 수 있다. 우리는 어디까지 가야 할까?
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※ 기사1. We can use stem cells to make embryos. How far should we go?
※ 기사2. Synthetic embryos have been implanted into monkey wombs
※ 관련기사. 해외언론동향 - 줄기세포에서 자란 뇌와 박동하는 심장을 가진 합성 쥐 배아 (nibp.kr)
배아는 특별하다. 이 작은 세포 덩어리들은 생명을 창조하는 잠재력이 있다. 이것이 인간 배아를 14일 이상 배양하는 것을 허용하지 않는 이유다. 하지만, 줄기세포로 만들어진 배아 유사 구조(embryo-like structures)는 어떨까? 이러한 “합성 배아”는 난자나 정자 세포의 직접적인 기여 없이 만들어질 수 있다. 이들이 “진짜” 배아가 아니기 때문에 몇몇 사람들은 같은 제한을 적용해서는 안 된다고 주장해왔다.
최근 과학기술의 발전으로 과학자들은 점점 더 실제와 비슷하게 보이는 배아 유사 구조(embryo-like structures)를 만들 수 있게 되었다. 바로 지난 6일, 중국의 과학자들이 그들이 어떻게 연구실에서 인간 배반포(하나의 세포로 시작된 수정란이 세포분열을 통해 여러 개의 세포로 형성되는 것, 배의 초기 단계) 유사체(blastoids)를 개발했는지 설명했다. 나아가, 그들은 일부를 원숭이의 자궁에 이식하고 임신의 징후를 끌어내는 데 성공했다*.
*Cynomolgus monkey embryo model captures gastrulation and early pregnancy(연구내용 아래 요약)
인간 배아를 수정 후 14일 이후에는 실험실에서 배양할 수 없다는 규제는 1984년 영국 워녹 위원회에서 권고한 뒤, 미국을 포함한 최소 12개국에서 법으로 정하고 있다*. 왜 14일인가? 이 시기에 배아가 기관과 조직을 형성하는 세 개의 세포층을 발달시키기 직전이기 때문이다. 또한, 배아가 더 이상 분열하고 쌍둥이를 형성할 수 없는 시기로 하나의 개체(individual)가 되는 과정에 있기 때문이다.
그렇다면 배반포 유사체는 어떨까? 토론토의 Sick Children 병원 국제줄기세포연구학회(ISSCR) 운영 위원회 위원이자, 발달생물학자인 Janet Rossant는 14일의 규제를 배반포 유사체에 같은 방식으로 적용하는 것은 어려울 것이라 말했다. 인간 배아의 경우 정자와 난자가 성공적으로 수정하는 순간부터 생명이 시작되는 것이라 볼 수 있지만, 줄기세포로 배반포 유사체를 만들 때는 이런 일이 발생하지 않는다. 그러면 언제부터 규제를 시작해야 할까?
아마도 더 중요한 질문은 줄기세포에서 유래한 구조가 얼마나 인간 배아와 동일한지에 달려 있을 것이다. 일부 과학자들에게 이것은 딜레마(catch-22 situation)일 것이다. 만약 배반포 유사체가 배아와 유사하게 된다면, 많은 이들은 인간 배아 연구를 통제하는 것과 동일하게 배반포 유사체를 이용한 연구가 제한되어야 한다고 생각한다.
앤아버의 미시간 대학 생명공학자 Jianping Fu는, “지난 몇 년간 이 분야에서 얼마나 빠르게 연구가 진행되고 있는지 감안할 때, 생존가능한 인간 배아나 태아로 발전할 수 있는 완전한 인간 배아 모델을 생성하는 것에 대해 점점 더 우려된다.”라고 말했다.
현재 상황으로는, 이 배반포 유사체 중 하나가 태아나, 궁극적으로 아기 원숭이로 성장할 수는 없다. 그러나, 기술은 계속 나아가고 있다. 합성 배아 연구는 지난 5~10년 사이에 시작되었고, 엄청난 진전이 이루어졌다고 영국 Crick 연구소 발생생물학자 Naomi Moris는 말했다. Moris는 “우리는 확실히 매우 빠르게 움직이고 있으며, 이 분야에서 정말 빠르게 발전하고 있다. 우리는 이 기술이 너무 빨리 추진되지 않도록 동시에 관련 규제를 확실하게 확립해야 할 필요가 있다.”라고 밝혔다.
언론 성명을 통해, 연구팀은 새로운 연구가 논란이 될 수 있다는 것을 인정했다. 연구팀은 이러한 종류의 연구를 둘러싼 윤리적 우려를 인정하지만, 배아 유사 구조(embryo-like structures)와 자연 배반포 사이에는 여전히 많은 차이가 있다는 것을 강조했다. 그들은 “중요한 것은 배아 유사 구조(embryo-like structures)가 완전하게 성장할 수 있는 잠재력을 가지고 있지 않다는 것이다. 이 분야가 발전하기 위해서는 과학계와 공중 사이에 논의가 중요하다”라고 밝혔다.
합성 배아를 원숭이 자궁에 이식
원숭이 정자와 난자 대신 원숭이의 배아 줄기세포로 배아가 만들어졌다. 연구진이 “합성 배아”를 성인 원숭이의 자궁에 주입하자, 몇몇 원숭이는 임신 초기 징후를 보였다. 이것은 지금까지 과학자들이 영장류에서 실험실에서 자란 배아를 채취한 것 중 가장 발전된 연구이며, 이 연구는 언젠가 이런 방식으로 태아를 생성하는 것이 가능할 수도 있다는 것을 암시한다.
연구팀은 배아 줄기세포가 더 발전하도록 유도하기 위해 일련의 개선된 실험 조건을 사용했다. 며칠에 걸쳐, 세포들은 배아와 매우 유사한 방식으로 발달하기 시작했다. 그 결과 생긴 세포 덩어리를 인간 배반포 유사체(blastoids)라 부르는데, 실제 배반포라 불리는 초기 배아와 유사한 형태로 보이기 때문이다.
배반포 유사체가 접시에서 7일 동안 자란 후, 연구팀은 이것이 일반적인 배아와 얼마나 유사한지 확인하기 위해 일련의 실험을 거쳤다. 연구팀은 배반포 유사체에서 개별 세포를 분리하고 각각의 세포에서 어떤 유전자가 발현되는지를 확인했다. 연구팀은 이러한 방식으로 6,000개 이상의 세포를 분석했다. 위 실험을 통해 줄기세포에서 유래한 배아와 전통적 원숭이의 배아 사이에 밀접한 유사성을 밝혀낼 수 있었다. Chuva de Sousa Lopes는 이 분석이 정말 놀랍다며, 배반포 유사체들이 실제 배아처럼 보이는 것으로 변화하는 것으로 보였다고 말했다.
일부 배반포 유사체는 17일까지 더 오래 성장했다. 비록 연구에 참여하지 않은 과학자들이 이 배반포 유사체가 얼마나 유사한지 증명하기 위해 더 많은 증거가 필요하다고 말하지만, 연구팀은 배반포 유사체의 구조가 전형적인 배아와 매우 비슷하게 보였다고 말했다. 배반포 유사체가 얼마나 실제 배아와 비슷한지 알아보는 방법은 원숭이의 자궁에서 그것들이 얼마나 성장할 수 있는지를 실험하는 것이었다. 연구팀은 8~17일 사이의 배반포 유사체를 성인 원숭이 8마리의 자궁에 넣어 3주 동안 관찰했다.
연구팀은 원숭이 중 세 마리에서 배반포가 자궁에 성공적으로 착상되어 임신의 첫 번째 징후 중 하나인 난황낭을 형성한 것을 보인다고 말했다. 원숭이들은 또한 임신 호르몬 수치가 높아졌다. 즉, 이들이 임신 테스트 결과 양성 반응을 보였다는 것이다. 그러나 이식 후 20일 만에, 원숭이 배반포는 성장을 멈추고 임신 징후가 사라지는 것처럼 보였다고 연구팀은 밝혔다.
*참고자료1. 합성배아 연구 목적 관련
-What Synthetic Embryos Can and Can't Do, Now and in the Future | Future
*참고자료2. 합성배아의 윤리적 문제 관련