우주서 인공혈액 생산에 도전…"무중력, 세포 성장에 더 적합"
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주지현 가톨릭우주의학연구센터장
가톨릭우주의학연구센터가 보유한 미세중력 모사장치 ‘클리노스탯’. 1대당 8000만원 이상 하는 고가 장비로 센터는 2대를 운영 중이다. 회전을 통해 미세중력 환경처럼 세포가 공중에 뜨도록 만드는 장치다. 문세영 기자
"사람 몸과 인체 내 세포들은 3차원 환경에 존재하며 상호작용합니다. 2차원 환경인 배양접시가 아닌 우주 공간의 미세중력 환경에서 세포를 배양하면 3차원 환경에서 세포가 성장합니다. 미세중력 환경에서 세포는 실제 사람 장기, 조직과 더욱 유사한 형태로 성장할 수 있는 것입니다."
주지현 가톨릭우주의학연구센터장(서울성모병원 류마티스내과 교수)은 우주에서 인공혈액을 만드는 이유에 대해 우주 환경의 이같은 이점 때문이라고 설명했다. 가톨릭우주의학연구센터(이하 센터)는 지난 10월 개소했다. 복지부 과제(한국형 ARPA-H프로젝트) 선정으로 2029년 4월까지 108억원을 지원받아 우주 환경에서 줄기세포로 인공혈액을 만드는 실증에 나선다.
센터는 유도만능줄기세포(iPSC)로 조혈모세포(혈액세포를 만드는 줄기세포)와 인공혈액을 생산하는 기술을 개발한다. 수혈용 혈액 부족 문제를 해결하기 위한 방안이다.
공공재인 혈액은 현재 혈액원을 통해 필요한 환자에게 전달된다. 인공혈액이 만들어지면 혈액은 헌혈이라는 기증의 개념에서 첨단세포치료제라는 치료제 개념으로 넘어가는 중대한 변화가 일어나게 된다.
인공혈액 개발을 포함한 우주의학 연구의 유용성이 확인되면 미래의 저궤도 풍경 역시 변화할 것으로 기대된다. 주 센터장은 “우주에서의 산업화 가능성이 확인되면 국제우주정거장(ISS)뿐 아니라 단백질 처리 공장, 치료제 공장 등이 저궤도에 자리할 수 있다”며 “우주에서 만들어진 의약품은 우주비행사들을 위해 쓰일 수도 있고 지상에서도 활용될 수 있다”고 말했다.
우주 의학 연구 활성화를 위한 초석으로 센터는 2027년 200kg 규모의 인공위성 발사 계획에 참여한다. 센터가 할당받은 임무는 50kg 정도의 바이오리액터를 인공위성에 탑재시켜 2~3개월간 줄기세포를 키우는 일이다. 바이오리액터는 생물체에서 추출한 유기물 등으로 화학반응을 일으키기 위해 설계된 기계장치를 의미한다.
바이오리액터를 우주로 보내는 임무에 성공하려면 바이오리액터를 구성하는 부품 기술들이 필요하다. 세포를 키우는 공간인 바이오리액터가 작동하려면 세포 배양액, 질소, 산소 등을 보관하고 공급하는 공간이 필요하다. 세포를 키우는 과정에서 발생하는 노폐물도 처리할 수 있어야 한다. 관찰, 분석, 분석 결과 지상 전달 등을 위한 영역도 필요하다. 하나하나가 도전인 셈이다.
센터는 50kg 규모 실증에 앞서 초소형위성을 통해 1~2kg 규모의 실험을 진행할 예정이다. 현재 유럽 기업과 실험을 위한 논의를 진행 중이다. 줄기세포를 일주일 가량 우주에서 키워볼 수 있는 바이오모듈을 내년 우주로 올려보낼 예정이다.
지상에서는 무중력 환경을 흉내내는 장치인 ‘클리노스탯’을 이용한 실험이 진행 중이다. 클리노스탯은 3차원으로 끊임없이 회전하며 중력 영향을 분산시켜 미세중력 환경을 재현한다. 지상에서 세포를 키우는 것보다 우주에서 세포를 키우는 것이 더욱 효과적이라는 것을 지상에서 입증해나가는 과정이다.
지상에서 무중력 환경을 모사해도 최종적으로는 우주 실증이 필요하다. 클리노스탯은 무중력 환경만 모사할 뿐 우주의 온도, 기압, 방사선 등 극한 환경과는 거리가 있기 때문이다. 센터는 2029년 ISS에서 인공혈액 제조 실험을 진행하는 것이 목표다.
다음은 주 센터장과의 일문일답.
Q. 2018년 인하대병원에 우주항공의학센터가 생긴 지 7년만에 가톨릭우주의학연구센터가 개소했다. 우주의학을 연구하는 곳이 두 곳으로 늘었다. 국내 우주의학 연구가 본격화되는 시점으로 보면 될까.
“외부 요인과 내부 요인의 영향으로 국내 우주의학 연구가 활성화되고 있다. 외부 요인으로는 과거 탐사의 영역이었던 우주가 스페이스X 등을 통해 산업적 이용의 영역으로 확장됐다는 점이다. 저궤도는 이미 탐사의 개념이 아니라 민간기업이 주도하는 활용의 개념으로 넘어갔다.
내부 요인으로는 국내 위성 기술이 발전하고 있고 우주의학과 관련한 국가 주도 대형 과제를 통해 연구개발 자금을 확보할 수 있게 됐다는 점이 있다. 소규모로 연구되던 분야들이 모여 집단 연구가 가능해지면서 우주의학 연구가 시너지를 발휘할 수 있는 환경도 형성됐다.”
Q. 미국, 일본, 유럽 등 우주의학 연구 선도국들과 한국은 연구 수준, 인프라, 경험 등에서 격차가 크다고 보는가.
“미국 항공우주국(NASA), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA), 유럽 우주국(ESA) 등 각 우주기구들의 의학적 연구와 생물학적 적용은 한국과 20년 정도 격차가 나지만 응용적인 측면에선 3~5년 차이도 안 나는 것 같다. 과거에는 꿈도 못 꾸던 우주발사체를 한국 자력으로 수차례 발사하는 수준에 이른 것처럼 우주의학 연구 수준도 많이 따라가고 있다. 우주의학은 의학 연구를 우주 환경에 적용하는 것이다. 한국은 의학, 생물학 영역에서 선도국에 뒤처지지 않는다는 점에서 우주의학 격차가 점점 줄어들 것으로 본다.”
Q. 머크, 일라이릴리, 아스트라제네카 등 글로벌 빅파마나 바이오기업들도 우주의학 연구에 나서고 있다. 기업, 기관 등이 지구에서도 할 수 있는 연구를 우주에서 하는 이유는 무엇인가.
“지상에서는 단백질 결정이 이뤄지는 과정이 상당히 느리고 결정이 불완전하게 만들어지는 반면 우주 환경에서는 보다 효율적이고 빠르게 결정이 형성되고 더욱 균질하면서 완벽한 구조가 형성돼 단백질 의약품을 제조하기에 적합하다는 점이 이미 확인됐다.
우주의약기업 ‘스테이스린텍’도 최근 큐브위성을 통해 단백질 결정화 실증 연구를 수행했고 상당히 성공적이었다고 전해 들었다. 이런 성공 케이스들이 쌓이면서 지상 환경에서 어려웠던 부분들이 우주에서는 해결 가능하다는 점이 입증되고 있다.”
Q. 직접 창업하신 바이오기업 '입셀'이 센터의 우주의학 사업에 참여한다. 어떤 역할을 하는가.
“가톨릭대가 주로 원천기술을 개발한다면 입셀은 회사인 만큼 상용화에 나선다. 상용화를 위해선 규제과학에 맞춰 가이드라인을 개발하는 일이 중요하다. 품질이 들쑥날쑥하거나 규제기관이 받아들일 수 없는 프로토콜이 확립되지 않도록 걸러주는 역할을 한다고 보면 된다. 품질이 일정하면서 확장성 있는 제품이 생산되도록 만드는 과정이다.
입셀은 뇌 오가노이드(장기유사체)를 잘 만들 수 있는 기술을 갖고 있다. 입셀이 만든 뇌 오가노이드를 무중력 환경에서 테스트해볼 수도 있다. 우주인들이 무중력의 영향으로 브레인 포그(멍한 상태), 인지기능 저하 등이 왔을 때 적용할 수 있는 의약품 개발 등에 나설 수 있다는 의미다."
Q. 우주 연구개발 및 산업이 정부 주도에서 민간기업 주도로 전환되고 있다. 우주의학 분야도 민간기업의 참여가 중요한가.
“다양한 상상력을 가진 민간들이 다양한 관점에서 개발을 시도해야 기술 확장성 확보, 생산 능력 증대 등의 좋은 결과물이 나올 가능성이 높아질 것이라 생각한다.”
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