향후 2~3년 내에 인공신장이 신장투석을 대신해 표준 신장이 될 가능성이 열렸다. 2016년 미국 밴더빌트 대학 메디컬센터의 윌리엄 피셀 박사과 캘리포니아 대학의 슈보 로이 교수는 인공신장을 개발하기 시작했다. 두 사람이 사용한 바이오 하이브리드 방법은 살아있는 신장 세포를 특수 마이크로칩과 결합한 것이다. 이 칩은 사람의 심장을 동력원으로 삼아 혈류의 노폐물을 여과한다.

인공신장 연구

"실험실 접시에서 배양한 신장 세포를 살아있는 세포가 들어있는 생물반응장치 속에 넣어 배양했다"고 피셀 박사는 말했다.

이번 신장 프로젝트를 통해 신장이식의 주요 문제인 장기 거부를 피하기 위해 기증자와 수혜자의 조직 검사가 정확하게 일치하는 점을 해결할 수 있으리라는 전망이다. 게다가 이 방법은 신장 이식의 수요와도 일치할 수 있을 것이다. 신장은 노폐물을 제거하고, 전해질을 조절하며, 산성 균형을 유지하고, 혈압을 조절하며, 필요한 호르몬을 생성하는 등 인체에서 중요한 기능을 하고 있다. 한편, 인공신장은 환자들에게 ▲바이오 하이브리드 접근법은 신장 세포로 준비된 생물반응장치를 사용한다 ▲혈액의 독소를 여과하는 특수 세포막을 가지고 있다 ▲기존의 신장 투석보다 효율적이다 ▲신장투석 및 후속 치료법에 드는 비용 대비 효과적이다 ▲신장투석으로 인한 감염 위험이 없기 때문에, 병원 진료 횟수가 줄어든다 등의 이점을 제공한다.

세계 최초의 인공신장은 일반 수술 방법으로 환자의 체내로 삽입할 수 있다. 신장이 효과적으로 작용하는 것을 확인했기 때문에, 손상된 신장과의 교체를 권장할 수 있다. 앞서 언급한 것처럼, 생체 공학적인 신장의 여과 시스템은 일반 신장과 유사하게 작용하며, 마이크로칩을 통해 심장에서 조절한다.

각각의 신장에는 나노기술을 사용해 만든 15개의 마이크로칩을 내장할 것이다. 마이크로칩이 필터링 기능을 하고, 마이크로칩 주위에서 신장 세포가 자라게 된다. 공학기술팀은 혈전이나 신장 손상이 발생하지 않도록 지속적인 혈류 테스트를 이미 완료한 상태이며, 지금까지 생체공학적 신장에서 어떠한 문제도 발견되지 않았다.

"이번 프로젝트는 장기 이식의 희소성 문제를 위한 영구적인 해결책을 만드는 것을 취지로 하고 있다. 우리는 신장투석을 해야만 하는 만성 신장질환자들이 선택할 수 있는 범위를 늘릴 것이다"라고 피셀 박사는 말했다.

밴더빌트 대학의 바이오메디컬 기술자인 아만다 벅은 최대 혈류 효율성 채널을 개선하기 위해 생체공학적 신장의 체액 역동성을 분석할 컴퓨터 프로그램을 사용하고 있다.

현재 미국에서만 10만 명 이상의 환자가 신장이식을 기다리며 대기자 리스트에 이름을 올려두었다. 그리고 해마다 약 3,000명이 대기자 리스트에 추가되고 있다고 국립신장재단(National Kidney Foundation)은 밝혔다.

신장 투석이 필요한 이유

건강한 신장 한 쌍은 1일 최대 150쿼터의 혈액을 여과할 수 있다. 그러나 양쪽 신장 모두 문제가 생긴 경우, 노폐물이 혈액 속에 축적되어 혼수상태나 사망에 이르게 된다. 신장투석은 일반 신장 기능을 대체한다. 신장이 손상된 사람들은 혈액 속에서 독소와 노폐물을 제거하는 데 투석을 사용한다. 신장투석으로 혈액 속의 노폐물을 여과할 수 있지만, 신장이 대사 작용에 사용하기 위해 생성하는 호르몬을 만들어내지는 못한다. 오늘날 사용하고 있는 신장투석에는 세 가지 접근법이 있다.

1 간헐적 혈액투석: 특수 필터가 장착된 기계로 환자의 혈액을 순환하는 것이다. 여과된 혈액은 다시 환자의 체내로 들어간다. 혈액투석은 보통 일주일에 3회, 하루에 3~4시간이 걸린다. 투석 빈도는 환자의 신장 기능에 달려있다.

2 복막 투석: 복강 속으로 튜브를 넣는 치료법이다. 복강은 창자 주변의 부위를 일컬으며, 혈액의 노폐물을 여과하는 복막의 자연 기능을 활용한다. 복막 투석은 혈액투석보다는 효율성이 떨어지지만, 투석을 하는 동안 환자가 자유롭게 움직일 수 있다는 장점이 있다. 특수 장비만 갖춘다면, 가정이나 여행 중에도 할 수 있다.

3 지속적 신 대체요법: 24시간 동안 투석을 할 수 있는 종합적인 방법으로, 병원의 집중치료실에서만 받을 수 있다.

신장투석 및 신장이식을 대체할 수 있는 다른 해결책

생체공학적 신장은 신장투석과 신장이식을 대체하기 위해 제안된 유일한 해결책이 아니다.

1 2008년 말기 신장질환자를 위해 착용할 수 있는 인공신장이 제안됐다. 이 치료법의 취지는 일반 신장의 기능을 모방한, 이동할 수 있는 장치를 개발하는 것이었다. 미국 식품의약국에서는 이 장치에 대한 최초의 인간 대상 임상시험을 승인했다. 이 WAK 원형의 무게는 10파운드(4.54kg)이며, 9볼트의 배터리로 작동된다.

2 이식 가능 신장 보조 기기가 2006년 제시됐으며, 여전히 개발 중이다. 이 기기는 신장의 혈액 여과 기능과 독소 배출 기능을 모방한 세포막으로 제작됐으며, 착용 또는 이식 가능한 인공신장을 위해 염분과 수분을 재흡수한다.

[메디컬리포트=김성은 기자]