줄기세포에서 자란 뇌와 박동하는 심장을 가진 합성 쥐 배아
※ 기사1. Mouse embryos grown without eggs or sperm: why and what’s next?
https://www.nature.com/articles/d41586-022-02334-2#ref-CR3
※ 기사2. Synthetic Mouse Embryo with Brain and Beating Heart Grown from Stem Cells
※ 기사3. First synthetic embryos: the scientific breakthrough raises serious ethical questions
<< 합성 배아 연구에 대한 동향 파악이 용이하도록, 기사 1, 2, 3을 요약하여 정리하였음 >>
Cambridge 대학 연구자들이 쥐의 줄기세포를 이용해 합성 배아를 만들었다. Magdalena Zernicka-Goetz 박사팀은 초기 포유류 발달에서 발견되는 세 가지 종류의 줄기세포가 상호작용하는 지점까지 유도하여, 난자와 정자를 사용하지 않고, 실험실에서 자연 발생의 과정을 모방해내었다. 특정 유전자 조합을 발현시키고, 독특한 환경(인공 자궁)을 구축함으로써 연구자들은 줄기세포가 서로 상호작용(혹은 대화, talk) 할 수 있게 하였다. 다른 합성 배아와 달리, Cambridge가 개발한 쥐 배아 모델은 뇌의 앞부분을 포함한 뇌 전체가 발달하기 시작하는 지점까지 도달하였다. 이는 다른 줄기세포 모델이 성취했던 것보다 더 발전된 부분이다.
Zernicka-Goetz 교수는 “우리의 쥐 배아 모델은 뇌를 발달시킬 뿐 아니라, 심장박동과 인체를 구성하는 모든 구성 요소를 발달시켰다”라고 말했다. 연구진은 10여년 동안 계속해서 더 복잡한 배아 유사 구조를 만들어 온 그들의 연구 결과가 과학자들에게 ‘왜 어떤 배아는 발달에 실패하고, 어떤 배아는 건강한 임신으로 이어지는지’를 이해하는데 도움을 줄 수 있을 것이며, 이식을 위한 인공 장기 개발 가이드로 사용될 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다.
윤리적 쟁점: 합성 배아와 장기
지난 몇 년간, 과학자들은 인간의 장기 기능과 구조를 모방(오가노이드)하는 것을 포함하여, 줄기세포가 점점 더 정교한 구조로 발전하도록 하는 방법에 대해 더 많은 것을 배웠다. 인공 신장, 뇌, 심장 등은 비록 의학용으로 사용하기에 아직 기초적 단계에 있으나, 모두 실험실에서 만들어졌다.
인공 장기를 만들기 위해 줄기세포를 사용하는 것과 합성 배아를 만들기 위해 줄기세포를 사용하는 것에 도덕적 차이가 있는지에 대한 문제는 이미 법정에서 논의되고 있다. 오가노이드와 합성 배아의 차이 중 하나는 그들의 잠재력이다. 만약 합성 배아가 살아있는 하나의 생명체로 자란다면, 그렇지 않은 경우보다 더 많은 보호를 받아야 한다. 현재로서 합성 배아는 실제로 살아있는 쥐를 만들 수 있는 잠재력은 없다. 만약 과학자들이 잠재적으로 살아있는 인간으로 성장할 수 없는 인간 합성 배아를 만들었다면, 이것은 오가노이드와 비슷하게 다뤄져야 할 것이다. 호주는 구조의 유사성으로 인해 “blastoids(인간 배반포 유사 구조물, 생후 5~6일이 된 배아를 닮은)”와 같은 합성 배아를 자연 배아로 다뤄야 한다는 입장을 보였다. 영국, 미국, 일본 등에서는 합성 배아가 살아있는 아기(baby)를 만들 수 없기 때문에 자연 배아와는 다른 것으로 취급하고 있다.
또 다른 중요한 법적 쟁점은 줄기세포의 출처와 동의의 문제가 있다. 합성 쥐 배아 연구자들은 초기 단계의 배아로부터 추출한 줄기세포를 사용했다. 그러나, 미래에는 아마도, 유도만능줄기세포(ISP)*로부터 합성 배아를 만드는 것이 가능하게 될지 모른다. 극단적으로, 질병 치료 목적의 장기를 생산하는 연구를 위해 기증된 인간의 피부세포가 어떠한 정보나 동의도 없이 합성 배아를 만드는 데 사용될 수 있다는 점이다.
*유도만능줄기세포(Induced pluripotent stem cell, ISP): 인위적인 역분화 과정을 통해 만능분화능력을 가지도록 유도된 세포로서, 배아 줄기세포와 세포의 형태, 성장 속도, 유전자 발현 패턴 등이 유사하다.
인간 합성 배아 연구
합성 배아 연구를 인간에게 적용하는 것은 쉽지 않다. 연구자들은 초기 단계의 배아가 서로 다른 세포 유형에 별개 층으로 구성될 때, 인간 줄기세포가 배반포(낭포)가 되고, 심지어 장배형성 일부를 모방하도록 유도했다. 그러나, 수정 후 약 한 달 후에 일어나는, 인간 세포에서 장기 형성 단계로 도달하는 것까지는 중요한 기술적 문제가 있다. 그럼에도, New York의 Rockefeller대학의 발달 생물학자인 Ali Brivanlou는 이에 대해 낙관적으로 전망한다.
그러나 이러한 인간의 합성 배아 연구가 발전된다면, 윤리적 문제도 커질 것이다. 특히, 이러한 합성 구조의 물질을 배아로 간주해야 하는지가 쟁점이다. 국제줄기세포연구협회(International Society for Stem Cell Research)는 오랫동안 14일(쥐에서 6일째에 해당하며, 대략 '원시선(‘primitive streak’)이 나타날 때, 장배형성(gastrulation)의 시작을 표시하는 구조) 이후 인간 배아를 배양하지 않도록 권고해 왔다. 2021년에 협회는 한계를 없애고 이러한 연구가 설득력 있는 과학적 근거를 가져야 하며 과학적 목표를 달성하는 데 필요한 최소한의 배아 수를 사용해야한다는 지침*을 발표했다. *ISSCR Guidelines for Stem Cell Research and Clinical Translation(https://www.isscr.org/guidelines)
줄기세포 생물학자인 Martin Pera는 이 모델이 가져오는 윤리적 문제에 대해 지속적인 대화가 필요하다고 본다. 연구자들은 수년 동안 큰 반대 없이 인간 배아 모델을 연구해왔지만, 연구자들이 장기를 개발하는 인간 배아 모델을 발전시키기 시작하면 강력한 반대에 부딪칠 수 있음을 우려한다. 그는 이러한 반대는 연구 전체를 위태롭게 할 수 있으므로 신중한 접근의 필요성과 함께 “사람들이 (연구에 의해) 무엇이 의도되고 있고, 윤리적으로 합의가 이루어진 사항인지 아는 것은 중요하다”고 말했다.
참고: 최근 발표된 2건의 합성 배아 연구
최초의 쥐 인공 배아는 지난 8월 3일 Israel, Weizmann Institute 연구팀에 의해 만들어졌다. 연구팀은 쥐의 줄기세포를 이용하여 정자와 난자 없이 초기 배아와 같은 구조를 만들었다. Cambidge대학 연구팀이 인공 자궁에 3가지 종류의 줄기세포를 주입하여 상호작용하게 하고 합성 배아를 만들어낸 반면, Israel 연구팀은 원시 배아줄기세포(naive embryonic stem cells)를 통해 인공 배아를 만들었다.
1. 연구 원문. Synthetic embryos complete gastrulation to neurulation and organogenesis(https://www.nature.com/articles/s41586-022-05246-3)
2. 관련 연구 원문. Post-gastrulation synthetic embryos generated ex utero from mouse naive ESCs(https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00981-3)
- 첨부파일
- 이미지 [메인사진]국가생명윤리정책원.PNG (43.7KB / 다운로드 50)