미국이 이식 가능한 인공신장 개발에 4년 간 6백만달러를 투자해 늦어도 10년 안에는 상용화가 가능할 것으로 기대되고 있다.

미국 국립보건원(NIH) 산하 국립 생의학 영상 및 생체공학연구원(NIBIB)은 인공신장 개발에 박차를 가하기 위해 이 분야 연구자인 캘리포니아 샌프란시스코대(UCSF) 슈보 로이(Shuvo Roy) 교수(생체공학), 밴더빌트대 윌리엄 피셀(William Fissell) 교수(신장학)와 연구비 지급 협약을 맺었다고 UCSF가 4일 밝혔다. 이 연구비는 NIBIB의 생의학 기술개발 프로그램으로는 두번 째로 많은 액수다.

로이 교수는 “가능하면 2020년까지 인공신장을 환자에게 임상시험 한다는 목표를 세우고 미국 국립보건원 및 식품의약국(FDA)과 협력하고 있다”고 밝혔다.

로이 교수는 UCSF의 ‘신장 프로젝트(The Kidney Project)’ 기술이사로 이 프로젝트팀은 그동안 인공신장의 기본형을 개발해 핵심 구성요소에 대한 시험을 시작했다. 인공신장은 커피잔 정도 크기이며, 사람의 신장 기능을 대신하게 된다.

로이 교수와 피셀 교수는 11월 3~8일 미국 샌디에고에서 미국신장학회가 주최하는 ‘신장 주간’ 행사에서 업데이트 제품을 선보일 계획이다.

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​인체에 이식 가능한 바이오 인공신장을 이식했을 때의 개념도 ⓒ UCSF

만성 신부전 환자들에게 새 희망

신장(콩팥)은 혈액 속의 노폐물을 걸러내 소변으로 내보내고 혈액의 전해질 농도를 조절하거나 혈압 조절, 호르몬 분비 등 다양한 기능을 수행하는 비뇨기계의 핵심기관이다. 길이가 약 10~14cm, 폭 5~6cm, 두께 2.5~3cm 정도로 한쪽 콩팥의 무게는 120~190g 사이다. 하루에 콩팥에서 여과되는 혈액량은 무려 180ℓ. 이 중 대부분은 재흡수되고 소변으로 1~2 ℓ.만 배출된다.

신장의 기능은 여러 원인에 의해 정상의 35~50%까지 감소하더라도 별다른 증상이 없어 조기에 문제를 발견하기가 쉽지 않다. 그러나 당뇨병성 신증, 고혈압, 사구체신염 등을 오래 앓아 기능을 잃고 신부전(腎不全) 상태에 빠지게 되면 투석을 하거나 신장 이식을 해야 한다. 투석보다 다른 사람의 신장을 이식하는 방법이 생존율과 삶의 질을 높일 수 있으나 수요에 비해 공급이 크게 부족한 편이다.

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​이식 가능한 바이오 인공신장을 개발하고 있는 슈보 로이 교수(좌)와 윌리엄 피셀 교수. ⓒ UCSF / Vanderbilt University

우리 나라의 만성 신부전 환자는 인구 고령화에 따라 매년 14% 정도씩 늘어나는 추세. 지난해 신장이식 대기자는 2218명이었던 데 비해 뇌사자나 가족 친지 등 몇몇 경로로 신장을 공여 받아 수술이 이루어진 건수는 1808건으로 집계된다(질병관리본부). 매년 4백여건의 수요가 초과돼 뇌사자로부터 신장 이식을 받으려면 4~5년 이상을 기다려야 하는 형편이다.

미국에서는 43만명 이상이 신장 투석을 받고 있고 신장이식 대기자가 10만명 이상으로 다섯 명에 한 명만 신장 이식을 받을 수 있다.

이런 상황에서 이식이 용이한 인공신장 개발은 지구촌 의료계와 신부전 환자의 숙원이기도 하다. ‘신장 프로젝트’의 의료담당 이사이기도 한 피셀 교수는 “이식할 신장이 절대 부족한 현실에서 ‘신장 프로젝트’는 영구적인 해결책을 마련하기 위한 돌파구로서 만성신부전 환자들에게 또 하나의 선택권을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

면역거부반응 없고, 외부 동력 필요치 않아

새로운 인공 신장은 첫번째 핵심 구성품으로 미세 전자산업에서 쓰이는 반도체 제조기술을 활용해 만든 실리콘 필터를 채용하고 있다. 이 실리콘 나노필터는 피에서 독성과 염분 및 노폐물 분자와 물을 걸러내는 역할을 한다. 기존의 인공투석기에 비해 필터 구멍을 더욱 균일하게 하는 등 여러 가지 장점이 있다는 것.

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​바이오 인공신장에 들어가는 실리콘 나노필터(좌)와 인공 신장의 크기 ⓒ Vanderbilt University / UCSF

두번 째의 주요 구성품인 생물 반응기(bioreactor)는 미세한 구축물 안에 인체의 신장 세관(細管)세포를 포함하고 있다. 이 세포들은 사망자가 공여한 신장에서 추출해 실험실에서 배양한다. 공여 받은 신장 세포는 인공신장의 흡입 필터로부터 내려오는 혈액을 걸러내는 막을 형성한다. 생물반응기는 대사기능을 수행하고 피의 양을 조절하기 위해 여과된 액체에서 물을 재흡수하는 역할을 한다. 이와 유사한 반응기를 급성 신부전으로 응급실에 실려온 환자에게 사용한 결과 기존의 투석에 비해 생존율을 크게 높인 것으로 알려진다.이 인공신장은 다른 사람의 신장을 이식 받는 것과 달리 면역거부반응을 일으키지 않는 것이 장점. 로이 교수는 예비 전임상시험 결과 인공신장 구성물에 입힌 반응 억제 코팅제가 필터에서의엉김 현상을 나타내거나 면역거부반응을 일으키지 않았다고 말했다. 그는 반응기의 세포가 이식된 조건에서 최소 60일 이상 생존할 수 있다고 덧붙였다.

이 인공신장은 인체의 혈압에 의해 작동되며 아무런 외부 동력이 필요치 않은 것도 장점의 하나.앞으로 생물반응기의 신장 세포 생존기간을 올리고, 필터가 장기간 혈액의 응고나 엉김 등으로 막히지 않도록 개선해 나가는 것이 주요 과제로 꼽힌다.

로이와 피셀 교수는 오랫 동안 이 프로젝트를 함께 해오며 2003년에 처음으로 NIH의 연구지원을 받았고, 2012년에는 FDA로부터 ‘조속 승인 프로그램’으로 선정됐다.

출처:네이버 블러그/한국 과학 창의 재단