이식 가능한 생체 인공 신장이 성공적으로 임상전 단계를 통과했다. 연구팀은 이식 가능 신장이 장기 거부 반응과 혈전을 유발하지 않았다고 발표했다.
캘리포니아대학 연구팀이 고안한 생체 인공 신장의 임상전 평가에서 합성 요소를 사람의 신장 세포 속에 숨겨 면역 세포가 외부 세포를 감지하는 것을 막아 장기 거부 반응을 피할 수 있었다.
생체 인공 신장 모델, 임상전 단계를 통과하다
미국에서만 약 75만 명이 만성신부전의 마지막 단계인 말기신질환(ESRD) 치료를 필요로 하고 있다. 세계적으로 같은 질병을 앓고 있는 환자의 수는 200만 명으로 추산된다. 이 환자들은 ESRD를 극복하기 위해 신장 이식을 받아야 한다. 하지만 기증자 은행에는 신장이 충분하지 않고 장기 적합성 또한 문제가 되고 있다.
이 같은 문제가 늘어나면서 여러 연구자들이 신장 프로젝트(Kidney Project)를 발족하고 합성이지만 이식 가능한 신장을 개발하기 시작했다. 그리고 막대한 기금을 투자해 실험실에서 배양한 합성 세포와 실제 신장 세포 모두를 사용할 수 있는 생체 인공 기관을 개발했다. 프로젝트에 참여한 사람들은 이번 개발을 통해 ESRD 환자를 위한 신장을 공급할 수 있는 길을 열 수 있기를 바라고 있다.
최근 이 프로젝트는 임상전 단계를 통과했다. 즉, 장기 이식에서 가장 큰 걸림돌이 될 수 있는 문제, 적대적 면역 반응을 해결했다는 의미다. 연구팀은 장기 모델의 임상전 테스트로 인공 모델이 면역 세포의 공격을 어떻게 피할 수 있는지 증명했다. 이를 위해 실제 사람의 신장 세포에 합성 세포를 숨기고 합성 세포를 체내에 익숙한 분자로 코팅했다.
"임상전 모델에서 면역억제반응 없이 신장 세포를 성공적으로 이식하고 건강하게 제 기능을 수행하게 만들었던 최초의 실험이었다. 인간을 대상으로 한 임상시험을 진행하기 전 중요한 단계를 도달한 것이다. 이 결과를 토대로 생물반응장치로 연구를 한 단계 더 진행할 것이다"라고 슈보 로이 박사는 설명했다.
이식 가능 생체 합성 기관은 환자들을 도울 수 있는 두 가지 기본 요소를 가지고 있다. 첫 번째는 헤모필터(hemofilter)로 신장의 자연 여과 기능을 모방한 것이다. 이는 나노미터 크기의 구멍을 정교하게 만든 실리콘 막을 통해 혈액 속에서 독소를 제거한다. 두 번째는 배양한 인간 신장 세포를 가지고 있는 생물반응장치다. 배양한 신장 세포는 적량의 체액량과 혈압, 나트륨 수준을 유지하면서 중요한 호르몬도 만들어낸다. 다시 말해, 생체 합성 기관은 실제 신장과 동일한 기능을 하는 것이다.
임상전 테스트에서 이 인공 장기 모델의 임상시험 적합성을 판단하기 위해 성능을 평가했다. 연구팀은 이 장기를 이식한 후 적대적 면역 반응을 피할 수 있는지 테스트했다. 면역 세포와 단백질로부터 실리콘 막을 보호하기 위해 신장 세포가 있는 생체반응장치 내부에 실리콘 막을 배치했다.
다음으로, 생물학적으로 친숙한 분자를 사용해 실리콘 막 필터를 코팅했다. 또한 혈류가 유동하는 것을 피하기 위해 인공장기를 비틀었다. 이 조치로 혈전이 생성되는 것을 피할 수 있었다. 그리고 심장을 사용해 인공 신장을 조작할 수 있게 만들었다. 이는 배터리와 외부 연결을 피할 수 있는 최선이었다.
생체 합성 신장은 임상전 단계에서 원활하게 기능했으며 혈전과 면역 반응, 감염 등을 촉발하지 않았다. 실리콘 막은 면역 세포와 단백질을 세포로부터 격리할 수 있었다. 즉, 이 합성 신장은 면역억제제나 혈액 희석제 없이 이식 가능하다는 것을 의미한다.
연구팀은 현재 더욱 많은 세포를 유지할 수 있는 생체반응장치 개발을 계획 중에 있으며 신부전이 있는 동물 모델을 사용해 신장 기능을 보완할 수 있는지 분석할 것이다.
만성신부전 유병률
2017년 기준 신장 질환으로 인한 사망률은 5.86%였다. 사망 원인 중 1순위는 심장 질환으로써 65.84%였으며 그 다음으로는 호흡계 질환(16.15%), 알츠하이머병(12.14%) 순이었다. 2016년 기준, 말기 신부전의 주요 원인은 당뇨병(38%)과 고혈압(26%), 사구체신염(16%) 등이 있었다.
현재 수술후 장기 이식의 표준 치료법은 면역 억제제와 혈액 희석제다. 면역 억제제는 장기 거부 반응을 예방하는 반면 혈액 희석제는 혈전 유발률을 낮춘다. 그러나 이 두 가지 치료제는 환자를 위험하게 할 수 있는 부작용을 낳는다. 게다가 이 치료제들은 상당히 고가여서 빚을 질 수도 있으며 결국 새로 얻은 장기를 잃게 될 수도 있다.
