앞으로 10여년 후에는 의사들은 분자를 다루는 도구를 휘두르며 유전자를 깨웠다 잠재웠다 하고, 당뇨병과 비만을 비롯한 무수한 질병들을 다스리게 될 것이다. 또한 연구자들은 아주 작은 크기의 단백질을 억제하여 모든 종류의 독감 바이러스를 예방하게 될 것이다. 조류 독감도 이젠 안녕이다.
명확히 목표지점을 안내받은 암 파괴 개체가 주변에 있는 건강한 세포는 거의 스치지도 않고 종양을 초토화 시키게 된다. 화학요법으로 인한 부작용도 더 이상 없게 된다. 하지만 이런 큰 혜택에는 종종 큰 위험이 수반한다.
파퓰러사이언스 기고 논설위원인 조셉 후퍼씨가 이와 같은 위험성 중 하나와 그에 따른 파장을 파헤쳐 보았다. 바로 다름 아닌 한국의 줄기세포 권위자 황우석박사와 황박사의 성공에 덕을 보고 있던 미국의 과학자 제럴드 새튼을 파멸로 몰고간 한국의 복제 스캔들에 관한 것이다.
이 사건이 의학의 미래에 시사하는 바는 무엇인가? 바로 정말 획기적이고, 과학의 엄격함을 거친 아이디어들은 결코 조작될 수 없다는 점이다. 그리고 이는 결코 쉽지 않은 일이다.
암세포만 제거하는 나노폭탄
나노크기의 자살특공대가 암세포만을 제거, 화악요법에 의한 고통스러운 부작용의 결말을 예고한다.
화학요법과 같은 종래의 암치료법의 단점들은 이 요법들로 종양을 죽여 가는 과정에서 건강한 세포들이 파괴되고 이와 함께 메스꺼움이나 발진이나 머리카락이 빠지는 증상이 동반한다는 점이다.
처방
주변에 있는 세포는 다치지 않게 그대로 둔 채로 암세포의 성장을 봉쇄한다. 이 방법에서는 핀 끝보다 1/1000정도 작은 크기의 탄소합체의 빈 구체가 중요한 역할을 한다.
MIT의 로버트 랭거와 하버드대의 오미드 패로쟈드는 나노셀이라 알려진 구들에 극소량의 화학요법용 약물을 주입한다.
이 입자들이 암세포만을 확실히 암세포만을 공격하도록 연구자들은 이 입자에 암 조직에서 나온 단백질과 결합하는 앱테이머라는 분자들을 붙인다. “앱테이머는 자동차로 말하자면 GPS와 같은 거죠. 이들은 분자들이 암세포로 도달할 수 있게 방향을 알려줍니다.”라고 패로쟈드는 말한다.
이 입자들이 미리 정해진 곳에 도착하면, 이들은 운반해 온 항암물질을 목표 세포로 내보내어 이들을 죽이게 되는데, 이 과정에서 환자의 건강한 세포는 그대로 둔다.
언제쯤 가능한가?
2014년. 랭거와 패로쟈드는 올해 초에 그들이 개발한 나노입자가 생쥐의 전립선 암을 죽인 자료를 발표한 바 있으나, 이 결과를 확실히 하기 위한 동물을 대상으로 한 연구가 최소한 3년 간 계획되어 있다.
임상실험에는 여기에서 5년 또는 그 이상 걸릴 수도 있다. 하지만, 이는 기다릴 만한 가치가 있는 것으로 연구자들은 나노입자와 앱테이머가 한 쌍이 되어 공격하는 것이 효과적인 치료의 관건이 된다고 말한다.
부가적인 효과
심장병 발견. 세인트 루이스의 워싱턴 대의 셀턴교수는 나노셀에 가돌리늄 원자를 채워넣어 보았다. 이를 몸에 투여하자 이 입자들이 심장 혈관 질환 증후를 보여주는 동맥의 플라크 주위에 모여들어 MRI촬영 시 그 부분이 밝게 나타났다.
나노 재봉틀
끊어진 신경세포를 재 결합시킬 아미노산 띠
척추계 주요 손상, 뇌 장애 그리고 뇌졸증 등은 결과적으로 모두 신경계가 끊어진 것에 그 원인이 있다. 세포간의 전달체계가 끊어지면 이로 인해 마비, 언어력 상실 또는 다른 질병이 오게 되고 이는 회복이 불가능하며 손상을 입은 뇌나 척추 부분은 다시는 제기능을 못하게 될 수 있다.
처방
한 과학자팀이 신경세포가 자라나면서 부상이나 질병으로 인해 없어진 부분을 다시 연결시켜주는 기술을 개발해 냈다. 이 과정에서 중요한 역할을 하는 것은 적혈구의 1000분의 1크기 정도인 아미노산 띠들이다.
어떤 띠들은 양성적인 성질을 띠고, 또 다른 띠들은 음성이며, 어떤 띠들은 물과 잘 결합하는 등 각각의 띠들은 각자 다른 성질을 지니고 있으며 이들은 고리 모양의 구조로 스스로 결합한다.
환자 뇌의 손상된 부분에 투입되면 이 나노결합체는 일종의 격자를 형성하여 이를 따라 신경세포가 자랄 수 있도록 해준다. 신경 세포 발달을 자극하는 약물요법과 같은 다른 종류의 치료법이 동반되면, 전기 신호를 전달하는 신경돌기(axon)가 확장되어 나와 세포들을 다시 연결시켜 준다.
언제쯤 가능한가?
2010년. MIT의 루트리지 엘리스-벤크는 이 기술을 동물에 실험했다. 그가 햄스터 뇌에서 시력과 연관된 부분을 절단한 후 나노줄기를 넣자, 놀랍게도 시력 중 75퍼센트가 다시 돌아왔다.
엘리스-벤크는 이러한 방식의 나노기술이 앞으로 5년 내에는 뇌 수술에 쓰여 의사들의 메스에 의해 손상된 부분들을 치유할 수 있게 되리라 예상하고 있다.
주사 한방으로 비만 해결
비만 유전자를 잠재우는 법
외출해서 인적이 많은 거리를 걷다보면 거의 매일 뉴스의 헤드라인에서 우리에게 말하고 있는 바가 무엇인지 알게 된다. 비만과 그에 동반하는 당뇨가 만연하고 있다는 사실이다.
처방
만약 한방의 주사로 체중을 늘어나게 만드는 유전학적 주범을 잠재우는 한편, 세포들이 더 많은 량의 지방을 태우고, 인슐린에 더욱 더 잘 반응하게 할 수 있다면 어떨까?
이것이 바로 생화학자 마이클 체크와 그의 동료들이 메샤추세스 의과대학에서 개발하고 있는 비만치료법이다. 이들의 접근에 기저를 이루는 것은 RNA 간섭, 또는 RANi라 불리는 기술로 이는 신체의 자연적인 자기 방어 원리 중 하나다.
한 예로, 바이러스가 세포에 침투하게 되면 이중으로 된 RNA를 통해 유전학전 코드를 전하게 된다. 세포는 RNA를 침입자로 인식하고 RNA로 잘게 토막 내어 이와 결합한 모든 유전자는 공격한다.
작년에 체크는 RNAi를 이용하여 배양된 지방 조직 즉, 지방에 있는 유전자 천개를 잠재웠다. 이는 RNAi가 없었더라면 수 십년이 걸렸을 과정이다. 이제 이들은 공격하고자 하는 유전자와 일치하는 RNA 약간을 보내어 세포들이 유전자를 잠재우게만 하면 되는 것이다.
이와관련 연구자들은 몇몇 주요 유전자들이 제거된 상태에서 조직이 인슐린에 좀 더 잘 반응하며, 혈액 내 포도당을 축출해 내고, 지방산을 새로운 지방세포로 축척하지 않고 태워버린다는 사실을 밝혀냈다.
언제쯤 가능한가?
2010년 또는 그 후
보너스 처방
HIV에 대한 치유법으로 쓰일 수 있음. 국립의료원의 야민 베나셔는 최근 HIV감염을 막는 세포에 원래 있는 RANi활동을 막는 단백질을 발견하였다. 이 단백질을 잠재울 수 있다면 세포들은 RNAi를 이용하여 바이러스에 대항하여 스스로를 방어할 수 있게 될 수 있을 것이다.
맞춤형 장기
이젠 기증자를 기다리지 말고 스스로 필요한 장기를 배양하자
여기 들으면 깜짝 놀랄만한 통계가 있다: 매일 17명의 미국인이 절대 오지 않을 장기를 기다리다 죽어간다는 사실이다. 특히 신장이 절실히 필요한 상태인데, 미국 내 9명 중 1명은 만성 신장 질환으로 고통 받고 있다.
처방
웨이크 포레스트 대학 의대의 조직 전문의 앤소니 애틀라와 그의 연구진은 맞춤형 인간 방광을 사람에게로 성공리에 이식했다고 발표, 지난 4월 신문의 1면을 장식하였다.
그로부터 한 달 후, 그들은 똑같은 조직 공학 기술을 통해 생식기에 손상을 입은 토끼들의 생식기능을 회복시켰다고 보고해 생식 기능 장애를 가진 남성을 위한 치유법에 새로운 장을 열었다.
이들이 당면하고 있는 다음의 큰 과제는 인체에서 가장 복잡한 기관 중 하나인 신장을 배양해 내는 것이다.
애틀라가 방광에 대한 연구를 시작한 것은 1999년으로, 당시 그는 방광질환을 앓고 있는 환자 중 첫 번째 환자의 세포를 채취했다. 그와 그의 동료는 이 세포들을 배양하여 미생물에 의해 자연 분해되는 방광 모양의 뼈대에 심은 후, 여기서 나온 결과물을 환자의 병든 기관에 이식했다.
올해 봄, 그들은 유명 의학지에 방광 이식을 받은 환자 모두가 건강하다고 보고하여 조직 공학에 새로운 이정표를 세웠다.
언제쯤 가능한가?
2016년. 연구팀에서는 신장 조직을 만들었다. 다음 단계는 실제로 작용하는 신장에 필요한 수 백 만개의 네프론 즉, 오줌을 재생해 내는 도관을 배양해 내는 일이다.
의료기구
몸을 위한 새로운 발명들
태닝된 피부의 이식
태양으로부터의 손상 없이 그을린 피부를 가지고 싶은가? 호주 멜버른의 클리뉴벨에서 개발한 새로운 호르몬 이식법은 멜라닌 합성을 촉진하여 3개월 동안 지속되는 그을린 피부를 제공한다.
이는 보기에 좋을 뿐만 아니라 착색 정도가 짙을 수록 자외선과 태양에 의한 손상으로부터 피부를 보호해 주게 된다. 임상실험이 내년 가을부터 미국에서 시작된다.
마비환자를 위한 빅 뉴스
최근에 척추손상을 입은 이들에게 좋은 소식이 있다. 부상을 입은 지 18일 내에 척추 옆에 배터리로 움직이는 작은 기구를 삽입하여 신경조직의 재생성을 촉진할 수 있다.
메사추세츠의 사이버키네틱스에서 개발한 이 기구로 최근에 마비 증세가 온 개와 사람이 어느 정도 움직임을 되찾았다.
가슴에 넣는 약품통
메사추세츠의 마이크로칩스에서 당뇨와 심장질환과 같은 건강상태를 돌볼 수 있는 이식가능한 약물 지급기를 개발해 냈다. 이 기기는 무선으로 작동되며 장치 내에 있는 약물 저장고가 1회 제조분 또는 제조분 전체를 몸 안으로 내보내게 된다.
최대 1년치 분의 약까지 저장할 수 있는 이 칩을 개들에게 실험한 결과 훌륭하게 작동하였다. 인체 실험은 4년 후에나 가능하다.
타액으로 질병 맞추기
국립 실험실에서 나온 휴대용 장치로 뺨에 약품을 바르면 병의 초기 증세를 손수 테스트해 볼 수 있으며 그 결과도 수 분 이내에 알 수 있다. 이 장치 안에 있는 단백질이 침 속에 있는 분자의 이상한 물질에 결합하고 이를 발견해 낸다.
잇몸질환에 대한 실험은 2007년에 시작되며, 유방암 및 전립선 암에 대한 테스트는 2008년에 시작된다.
만능 독감바이러스 백신
모든 독감 바이러스에 쓸 수 있는 한방의 공용 백신
오늘날의 백신은 건강한 세포에 붙어 바이러스에 대항할 수 있는 항체를 생성시키는 원리로 작용한다. 문제는 바이러스가 그 모양을 바꾸게 되면 이 항체들은 쓸모없게 되며, 과학자들은 다시 모여 새로운 약을 개발해야 한다.
처방
면역학자들은 새로운 목표를 공략하고 있다. 이는 바이러스 표면에 있는 단백질 M2로, 지금까지 알려진 모든 독감 종류에서 거의 동일한 형태로 존재하는 것으로 여겨지고 있다.
과학자들은 M2백신으로 아직 나타나지 않은 바이러스까지 물리칠 수 있을 것이라고 말한다. 그러나, M2백신은 다른 백신과는 달리 사실상 감염을 막지는 않을 것이다.
이 백신은 독감의 영향력을 약화시키는 엄청난 면역반응을 불러일으켜, 이 면역 반응이 자칫 치명적일 수 있는 고열과 탈수증세를 더 쉽게 이겨낼 수 있게 하는 방식으로 작용한다.
언제부터 가능한가?
임상실험은 내년부터 시작 가능하다.
두뇌 기능 증폭기
완벽한 기억을 위한 약품. 알츠하이머도 치료 가능
현재 약 4백 5십만명의 미국인이 알츠하이머 질환을 앓고 있으며 수는 수 백만 명 더 늘어나게 될 것이다. 캘리포니아대 신경 과학자 게리 린치는 “오래 살게 되면 될수록 알츠하이머에 걸릴 확률은 확실히 높아지는 거죠.”라고 말했다.
처방
린치는 앰파킨즈(ampakine)라는 완전히 새로운 형태의 약물을 개발했다. 이 약물은 알츠하이머 질환을 앓고 있는 이들의 삶을 향상시켜 줄 뿐만 아니라 노화 과정에서 이 병을 미연에 방지할 수 있도록 할 수 있을 지도 모른다.
알츠하이머 환자들은 일반적으로 뇌에서 나오는 뉴로트로픽, 즉 BDNF 물질이 낮은 수치를 기록하는 경향이 있다. 이 BDNF는 신경 간 새로운 결합을 촉진하여 학습과 기억이 되도록 해주는 물질이다(일종의 뇌세포를 위한 기적의 성장물질로 생각하면 된다). 린치와 그의 팀은 앰파킨으로 BDNF의 존재와 활동성을 증가시킬 수 있다는 사실을 알아냈다.
언제쯤 가능한가?
임상실험까지 포함하여 2009년 이후 가능.
보너스 효과
기억 예방약. 앰파킨즈는 뇌를 영구적으로 젊게 유지하는 데 쓰일 수 있을 가능성도 있다.
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