바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 17-40
인공자궁 동물실험에 관한 연구결과 발표

◇ 최근 미국 연구진은 생존 가능성이 낮은 조산된 새끼 양을 자궁과 비슷한 환경을 조성한 인공자궁 내에서 4주간 생명을 유지하면서 성장시키는데 성공. 특히 단순한 비닐백(Biobag) 형태를 하고 있어 주목

   ▶ 주요 출처 : Science, Fluid-filled ‘biobag’ allows premature lambs to develop outside the womb, 2017.4.25.; 사이언스 타임즈, 초미숙아 ‘인공 자궁’으로 기른다, 2017.4.26

■ 미국 필라델피아 어린이병원 연구팀, 초미숙아를 모태와 유사한 환경 속에서 키울 수 있는 ‘인공자궁’ 시스템 개발

 
 ○ 필라델피아 어린이병원 태아연구센터 앨런 플레이크 박사 연구팀은 자궁외 보조장치(인공자궁)를 조산된 새끼 양에 적용한 전임상 연구결과 발표
  - 사람으로 치면 23∼24주에 해당되는 조산된 새끼 양 8마리를 보조장치 (인공자궁) 안에서 4주간 생존시키는 데 성공
  - 새끼 양의 폐는 인체 자궁 안에서 태아의 폐가 발달하는 모습과 유사한 양상으로 발달
    ※ 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)지에 ‘An extra- uterine system to physiologically support the extreme premature lamb (2017.4.25)‘라는 제목으로 발표

 ○ 인공자궁 시스템은 모체 자궁 안의 환경과 최대한 유사한 형태로 제작. 액체가 가득 담긴 바이오백(Biobag) 사용하며 이 용기는 생리학적으로 필요한 요소를 공급하는 맞춤기계에 부착
  - 인공자궁 안의 새끼 양들은 온도가 조절되고 멸균 상태에서 자라며 모체 자궁에서와 같이 정상적으로 양수 호흡을 함
  - 이 장치에는 혈액순환을 유도하는 외부 인공펌프가 없는데(pumpless), 이는 미발달된 심장은 미약한 인공 압력에도 심각한 과부하가 걸릴 수 있기 때문
  - 또한 미성숙한 폐는 대기 중의 산소를 직접 호흡할 준비가 돼 있지 않기 때문에 호흡을 위한 환기장치도 제거
    ※ 대신 태아 심장은 탯줄을 통해 시스템의 외부 산소공급기로 혈액을 내보내며, 이를 통해 산소와 이산화탄소를 교환하는 모체의 태반 역할을 대체

 ○ 이와 함께 생물학적 모방으로 양수를 재순환시키는 것보다 양수를 교환(용기 안으로 흘러 들어갔다 나오도록)하는 방법을 고안
  - 연구팀은 새끼 양이 나타내는 생체신호와 혈류 및 기타 중요한 생리 기능을 전자 모니터로 측정

 ○ 이번에 개발된 인공자궁 시스템은 몇몇 동물을 이용한 실험에서 최대 670시간(28일) 동안 작동했으며, 실험대상 동물들은 건강한 상태를 유지
  - 실험 양들은 정상적인 호흡과 삼킴, 신경 기능과 장기(organ) 성숙 등 정상적인 성장을 나타냈고, 눈을 뜨고, 양모가 자라며 활동적인 모습을 보임

<인공자궁 시스템에서 조산된 새끼 양을 기르는 모습>

     a) 인공자궁 시스템 구성요소 : 펌프리스(pumpless), 저저항성 산소공급기 회로, 연속적 유체 교환이 이뤄지는 밀폐된 유체 환경 및 제대 혈관 인터페이스로 구성된 회로
     b) 임신한지 107일 된 새끼 양, 인공자궁 시스템 내 4일 후
     c) 동일한 양의 28일 후 모습. 체세포 성장과 성숙이 이뤄짐

  출처 : Nature Communications, An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb, 2017.4.25.

■ 연구의 의의 및 향후 과제

 ○ 초미숙아의 생존율 향상 및 장애율을 낮추는데 기여할 것으로 기대
  - 인공자궁 시스템은 임신 23∼28주 만에 태어난 초미숙아의 성장과 장기 (organ) 성숙을 지원하기 위해 개발
    ※ 인공자궁은 모체의 자궁과 바깥 세상을 이어주는 다리와 같은 역할로, 몇 주 동안 초미숙아를 모태와 유사한 환경에서 키워줌으로써 초미숙아들의 상태를 극적으로 개선. 28주가 지나면 가장 위험한 상태를 넘어서게 됨

 ○ 신생아 치료법의 발달로 미숙아의 전반적인 생존율이 향상되어 생존 한계를 임신 22∼23주 태아로까지 높였으나,
  - 이 시기의 태아가 생존한다 해도 만성 폐질환이나 기관 미성숙에 따른 합병증에 걸릴 확률은 90%로 대부분 평생 장애를 안고 살아감
    ※ 25주차 이상 초미숙아의 생존율은 80% 정도이나, 24주차는 55%, 23주차는 15%, 23주차 미만 초미숙아는 생존 가능성은 0에 가까움

 ○ 향후 FDA와 협력하여 추가 동물실험을 거친 뒤 이르면 3년 안에 인간 미숙아를 대상으로 임상시험을 진행할 계획
  - 연구팀은 이 시스템을 지속적으로 평가・개선할 계획으로, 현재 연구에 사용된 새끼 양의 3분의 1 크기인 인간 태아에게 맞도록 시스템을 축소할 예정
  - 하지만 현재의 23주보다 더 빠른 시기의 미숙아들에까지 이 시스템을 늘려 적용하지는 않을 것이라고 강조
    ※ 23주 이전에는 신체 크기와 생리 기능의 한계로 인해 관리가 거의 불가능한 높은 위험이 초래되기 때문
  - 플레이크 박사는 이 시스템이 10년 후쯤 실용화될 것으로 전망, 초미숙아 관리에 들어가는 연간 430억달러(약 49조원)의 비용을 절감할 수 있을 것으로 예상

 ○ 그러나 전문가들은 조산의 주원인인 감염문제를 어떻게 대처할 것인지 등에 대한 우려 표명
  - 조산의 주원인인 감염문제 해결과 새로운 접근법에 대한 장기적인 영향 조사가 필요하다고 설명
    ※ 생존 측면 뿐 만 아니라 잔존하는 초미숙아의 건강 문제에 대해 기존 표준 시스템과 개발된 시스템의 비교 평가를 위한 임상연구 필요

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