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바이오 인공장기, 생명 연장의 열쇠인가?,
쉬운 질문, 깊은 논증, 감각적 영상, 인간너머 과학,과학 너머 인간,
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‘과학 다큐 비욘드(Beyond)’는 쉽고 호기심을 끄는 질문에서 출발해, 복잡한 과학을 풀어내는
심플하고 깊이 있는 논증에 도달한다,
인간은 어떤 과정을 통해 과학 기술의 발전을 이루었을까?
또 다가오는 혁신의 세계에서 우리는 무엇을 할 수 있을까?
시청자들의 눈과 귀를 즐겁게 할 감각적인 영상으로 인간 너머 과학,
그리고 과학 너머 인간을 파헤쳐본다.
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바이오장기의 개념과 전망
바이오장기. 출처 : 식품의약품안전청. 바이오장기의 개념과 전망. 한용만 / 한국생명공학연구원 발생분화연구실장. 지난해와 올해 서울대 황우석 교수팀이 세계 최고 …
Source: www.bioin.or.kr
Date Published: 5/29/2022
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‘공장’에서 맞춤 인공장기 만드는 시대 올까? – Sciencetimes
바이오 프린팅은 3D프린터로 배양해 낸 장기의 세포를 쌓아 올려 인체 조직처럼 만드는 기술이다. 이 경우 줄기세포 기술은 꼭 사용하지 않아도 된다.
Source: www.sciencetimes.co.kr
Date Published: 7/6/2022
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[약업신문]10대 BIO 기술④ 바이오장기 생산 키메라 기술…장기 …
바이오장기 생산 키메라 기술(Chimera technology for bio-organs)이 '2022년 10대 바이오 분야 미래유망기술'로 선정됐다.
Source: www.yakup.com
Date Published: 1/15/2021
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바이오 인공 장기-동물기반 – BRIC
바이오 인공 장기란 사람의 손상된 장기를 대체할 수 있는 인공적으로 생산한 장기. 현재 장기이식을 기다리는 환자가 급증하고 있으나 기증된 장기의 …
Source: www.ibric.org
Date Published: 7/14/2022
View: 756
[보고서]인간생물학: 바이오인공장기 – 한국과학기술정보연구원
본 강의는 바이오인공장기 개발을 목표로 토론형 수업을 고안하여 2019년도 가을학기 인간생물학 과목을 활용하여 진행하였음.- 3차에 걸친 프로젝트를 수행하였음.
Source: scienceon.kisti.re.kr
Date Published: 4/1/2022
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인공 장기 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
인공 장기(人工臟器, artificial organs) 또는 인공 기관은 인간의 신체 장기를 대용하기 위하여 … HepaLife사는 줄기 세포를 이용하여 바이오 인공 간을 간 기능 부전 환자들을 …
Source: ko.wikipedia.org
Date Published: 10/19/2022
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주제에 대한 기사 평가 바이오 장기
- Author: EBSDocumentary (EBS 다큐)
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- Date Published: 2017. 5. 19.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=jY_06gqrHXw
BioIN(바이오인)
출처 : 식품의약품안전청
바이오장기의 개념과 전망
한용만 / 한국생명공학연구원 발생분화연구실장
지난해와 올해 서울대 황우석 교수팀이 세계 최고 학술지인 사이언스에 연속해서 발표한 연구업적은 국내외적으로 각광을 받기에 충분하고, 특히 치료복제 분야에서 가장 먼저 원천기술을 확보하였다는 데에 큰 의의가 있겠다. 세포치료에 있어서 가장 큰 걸림돌은 골수이식에서와 마찬가지로 이식거부반응이라 할수있는데 황우석 교수팀이 개발한 치료복제기술은 이러한 이식거부반응이 없이 환자를 치료할 수 있는 장점이 있다.
그러면 최근 들어 바이오장기분야 연구에 대해 왜 세계적으로 경쟁이 치열한가? 오늘날 인류는 의료기술의 눈부신 발전으로 풍요로운 삶을 누리고 있음에도 불구하고 아직 극복하지 못하고 있는 난치질환이 많이 있다. 그러나 이들 난치질환도 극복할 수 있는 재생의학 (regenerative medicine)의 시대가 머지않은 미래에 도래할 것으로 예상하고 있다. 이러한 재생의학은 유전자치료, 세포치료, 이종장기 이식 등 새로운 개념의 의료기술을 포함하고 있는데 그 중에서도 가장 효과적인 치료방법은 바이오장기의 이용이 될 것이다 [그림 1 참조].
바이오장기란 오늘날 치료 불가능한 난치질환을 해결하기 위한 일종의 치료제로서 새로운 기능의 세포, 조직이나 이종장기 등 질환부위를 대체하여 치료할 수 있는 장기를 말하며, 오늘날 사람의 장기기능을 모방하여 일부 이용되고 있는 인공투석기, 인공심장 등 인공장기와는 구별되며 줄기세포, 인공조직, 이종장기 등을 포함한다. 줄기세포란 초기 수정란으로부터 개발된 배아줄기세포와 우리 몸에 존재하는 여러 종류의 성체줄기세포로 크게 나눌 수 있다. 배아줄기세포는 발생초기의 수정란세포로부터 유래된 것이기 때문에 이론적으로는 우리 몸을 구성하고 있는 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있는 전능성 (totipotency) 및 다능성 (pluripotency)을 가지는 것이 특징이다.
반면에 성체줄기세포는 이미 분화의 방향이 어느 정도 결정되어 있기 때문에 전능성이 없고 다능성도 일부 세포로 한정된다. 따라서 세포치료의 실현을 앞당기기 위해서는 배아줄기세포와 성체줄기세포의 연구가 함께 진행되어야 한다. 인공조직은 기능을 상실한 조직을 복원·재생·대체하기 위하여 생체적합성·생체기능성을 가지는 생체재료에 세포를 배양하여 만드는 조직으로서 인공피부, 인공망막, 연골 등의 성공사례가 보고되고 있다. 이종장기란 퇴행성 장기 질환 치료를 목적으로 개발된 다른 동물의 살아있는 세포, 조직이나 장기를 말한다. 이종장기 개발에 있어서 심장, 신장 등 고형장기는 동물의 장기가 인간의 장기 크기와 유사해야 하는데, 다행히도 돼지 장기들의 크기가 인간과 비슷하여 현재 돼지를 대상으로 연구가 활발히 진행되고 있다.
재생의학의 핵심이 되는 바이오장기 분야는 국내외적으로 아직 기술개발의 초기단계에 있으나, 최근 개발된 동물복제기술과 인간 배아줄기세포주의 개발로 인하여 급속도로 관련기술들의 개발 경쟁이 더욱 가속화되고 있다. 국내의 경우, 복제기술과 배아줄기세포 분야의 기술수준은 선진국에 결코 뒤지지 않기 때문에 향후 바이오장기 분야의 국제경쟁력은 충분한 것으로 판단된다. 더욱이 세포치료의 꽃이라 할 수 있는 치료복제 분야에서 황우석 교수팀이 인간 복제배아줄기세포를 세계 최초로 개발하는 등 일부 바이오장기 분야는 세계적 우위를 선점하고 있는 것이 사실이다. 더욱이 주요 핵심기술이 국내에서 자체적으로 개발된 상태이며, 국내 연구인력의 성실성과 창의성이 충분히 계발될 수 있기 때문에 국가 미래산업에 있어 어느 분야보다도 국제경쟁력을 가질 수 있는 분야로 평가된다.
한편, 바이오장기 분야의 국제경쟁력을 더욱 제고하고 향후 개발될 바이오장기의 조속한 임상적용을 위해서는 지금부터 바이오장기에 대한 안전성 및 활성평가에 대한 표준화기술을 확립하는 것이 무엇보다도 중요하다. 향후 바이오장기 분야가 더욱 빛을 발하도록 하는 것 또한 국내 연구자들의 몫이며, 우리나라에서 훌륭한 성과가 계속되기를 간절히 바란다.
……………….(계속)
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‘공장’에서 맞춤 인공장기 만드는 시대 올까? – Sciencetimes
암으로 인한 제거 수술, 사고로 인한 손상, 성인병 및 만성질환 등으로 인한 기능 쇠퇴. 살아가다 보면 몸속 인체 조직이나 장기를 ‘새롭게’ 교체해야 할 필요가 생기는 일은 의외로 많다. 이런 일이 있을 때마다 지금까진 뇌사자, 사고 사망자 등의 장기를 이용해야 했다. 두 개를 가지고 있어 하나를 떼어내도 건강에 큰 문제가 없는 신장 등은 친인척 등으로부터 기증받는 일이 있긴 하지만 이도 쉬운 일은 아니다. 이런 상황이다보니 2013년부터 5년간 국내에서만 7776명의 이식 대기 환자가 안타깝게 목숨을 잃은 바 있다.
십수 년 후 미래에는 새로운 장기를 만들어 이식하는 것이 가능해 질지도 모른다. 심장이나 간 등 몸속의 다양한 장기는 물론, 피부, 각막 등 각종 인체조직도 척척 만들어 낼 수 있는 기술이 각지에서 연구 중이기 때문이다. 암과 같은 불치병, 각종 만성질환의 원인을 찾아내 치료할 수 있는 기술이 개발 중이지만, 그 치료 방법에서 장기이식이 꼭 필요한 경우도 많아 다가올 미래의료의 핵심이 될 것으로 기대된다.
현재 가능성 큰 건 ‘이종장기’ 분야
다양한 기술이 존재하고 저마다 장단점이 있지만 현재 가장 빠르게 실용화될 것으로 기대되는 것은 동물의 장기를 활용하는 ‘이종(異種) 장기’ 분야다. 이 중 가장 인기 있는 건 돼지다. 돼지는 인간과 장기 형태가 흡사한 데다 새끼를 많이 낳는다. 사람이 키우는 방법, 질병관리 방법 등도 잘 알고 있어 관리하기가 편리하다. 드물게 ‘가장 인간과 흡사한 영장류를 이용해야 한다’는 주장도 있지만 가격이나 장기의 생산성(?) 등을 고려할 때 수많은 이종장기 연구자들이 돼지를 더 선호한다.
가장 큰 숙제는 ‘거부반응’을 없애는 일이다. 거부반응은 장기 이식의 가장 큰 숙제다.
거부반응은 크게 네 가지인데, 우선 가장 문제가 큰 ‘초(超)급성거부반응’ 부터 해결해야 한다. 강력한 면역작용 때문에 장기를 다른 동물에 연결하는 그 순간부터 그 자리에서 괴사해 들어가는 것을 볼 수 있을 정도다. 이 원인은 세포 표면에 있는 ‘알파 1,3-갈락토오스(알파갈)’이라는 당 성분이 인체의 면역 시스템이 이상 반응하면서 생겨난다.
이 산을 넘으면 ‘체액성 급성거부반응’이 기다린다. 수일 내에 생겨나는 경우가 많다. 그다음은 온몸의 혈관이 조금씩 망가지는‘혈관성 거부반응’이 발생한다. 보통 수개월 내에 일어난다. 마지막 네 번째로 전신에 걸쳐 조금씩 거부반응이 일어나는 ‘세포성거부반응’이나 ‘만성거부반응’도 있다. 이런 거부반응은 수년이 지난 다음에도 일어날 수 있다. 이런 거부반응을 제거하려면 돼지의 유전자를 편집해, 새로운 유전자를 가진 돼지를 만들어내야 한다.
이 네 단계의 거부반응 중 급성에 속하는 일부 유전자만 제거해도 당장 실용성이 생겨난다. 혈관성 거부반응이나 만성거부반응 등은 면역억제제 등을 이용해 어느 정도 통제할 여지가 있는 데다, 사람에 따라 차이도 크기 때문이다. 또 본래 면역반응의 영향을 크게 받지 않는 일부 조직은 급성 면역만 해결해도 사용이 가능하다. 따라서 연구자들도 이런 문제가 적은 각막, 췌도 등의 인체조직을 우선적으로 개발하고 있다. 최근 급성 거부반응의 원인인 ‘알파갈’ 유전자를 제거한 돼지를 개발한 사례가 속속 늘어나고 있다.
유전자를 편집하려면 최근 인기가 큰 ‘유전자 가위’ 등의 기술을 이용해야 하는데, 이 기술이 3세대 크리스퍼를 지나 4세대 ‘프라임 에디팅’ 기술로 급속하게 발전하고 있어 점점 희망이 커지고 있다.
다만 동물의 유전자는 한 종류가 여러 가지 기능을 가지고 있는 경우가 많다. 이 때문에 기존 유전자를 무조건 삭제해 버리면 알 수 없는 문제가 생길 여지가 크다. 따라서 인간이 거부반응을 일으키는 유전자와 반대 기능을 가진 유전자 종류를 찾아내 돼지 등의 동물 유전자에 끼워 넣는 방법을 자주 사용한다.
급성거부반응은 인체 유전자 중 hCD45, hCD55, hCD59, hsCR1란 이름의 유전자와, 혈관성 거부반응은‘hCD39’라는 유전자와 관계가 큰 것으로 알려져 있다. 현재 다양한 분야에서 실험 성공사례가 나오고 있어 십수 년후엔 각막, 췌도 등 비교적 부작용이 적은 장기가 우선적으로 의료현장에 도입될 것으로 보인다. 그 이후엔 점차 복잡한 조직으로 이식 가능한 장기가 늘어날 전망이다.
‘공장’에서 인공장기 만드는 시대 올까
이종 동물 장기이식은 발전 가능성이 크지만 결국 동물을 죽여 그 장기를 이용하는 것이라 윤리적인 문제, 기술적으로 거부반응을 완전히 다 해결하기는 어려울 것이라는 지적, 수명이 긴 인간에게 돼지의 장기를 이식할 경우, 장기 자체의 수명이 인간에 미치지 못할 것이라는 지적 등이 자주 제기되고 있다.
이런 모든 문제를 완전히 해결할 수 있는 방법으로 환자의 몸에서 얻어낸 세포를 줄기세포로 바꾸고, 그 세포를 배양해 건강한 장기를 시험관 속에서 배양해 장기를 ‘생산’ 하는 ‘세포 기반 인공장기’ 기술도 급성장하고 있다.
꿈같은 이야기지만 과학의 발전으로 현실성이 부쩍 높아지고 있다. 방법은 크게 두 가지인데, 최근 주목받는 ‘오가노이드(organoid)’ 연구를 응용하는 방법, 그리고 장기 세포를 인위적으로 쌓아 올려 인공장기로 만드는 ‘바이오 프린팅’ 방법, 두 가지가 주로 연구되고 있다.
오가노이드란 실험용으로 배양하는 초소형 ‘장기유사체’를 말한다. 줄기세포를 배양해 실험적으로 만들어 왔는데, 이렇게 만든 장 세포, 위 세포 등으로 만들어 보니 세포수가 점차 늘어나면서 자연스럽게 장기의 형태를 띤다는 사실을 알아낸 것이다. 즉 줄기세포를 간세포로 만든 다음, 이것을 계속 배양했더니 실제 간과 비슷하게 성장하더라는 것이다. 일본 연구진은 이런 장기 세포를 실제 간에 주사한 결과, 혈관이 연결되면서 나빠진 간세포 대신 일을 하기 시작했다고 발표한 바 있다.
바이오 프린팅은 3D프린터로 배양해 낸 장기의 세포를 쌓아 올려 인체 조직처럼 만드는 기술이다. 이 경우 줄기세포 기술은 꼭 사용하지 않아도 된다. 예를 들어 췌장이 좋지 않은 환자에게서 뽑아낸 췌장세포 중 건강한 것만을 골라 인공배양을 한 다음, 그 세포를 3D프린터로 찍어 장기의 모습으로 만들면 인공장기로 쓸 수 있다는 이론이다.
오가노이드 기술과 바이오 프린팅 기술의 장점만을 취합하는 것도 가능해 앞으로 연구의 진척도 점차 빨라질 것으로 기대된다.
바이오 프린팅 기술은 뼈나 인대, 장기의 형태를 유지하는 단단한 세포 구조체 등의 단단한 조직도 만들 수 있는데, 이렇게 만들어낸 틀에 오가노이드로 배양한 세포를 덧붙이면 수술에 필요한 인공장기를 실제로 생산할 수 있는 가능성도 생긴다.
과학기술정보통신부와 한국과학기술기획평가원(KISTEP)의 연구동향 분석 따르면 바이오 인공장기는 수년 이내에 기술이 일부 상용화될 것으로 보인다. 약 10~15년의 시간이 흐르면 일부 인공장기가 실제로 의료시장에서 쓰이기 시작할 것으로 기대되고 있다.
(10425)
바이오 인공 장기-동물기반
요약문 바이오 인공 장기란 사람의 손상된 장기를 대체할 수 있는 인공적으로 생산한 장기. 현재 장기이식을 기다리는 환자가 급증하고 있으나 기증된 장기의 부족으로 인해 고통받는 환자를 위한 대체 방안으로 바이오 인공장기 생산에 대한 관심 고조. 키워드: 바이오인공장기, 인공장기
[보고서]인간생물학: 바이오인공장기
초록
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– 본 강의는 바이오인공장기 개발을 목표로 토론형 수업을 고안하여 2019년도 가을학기 인간생물학 과목을 활용하여 진행하였음.
– 3차에 걸친 프로젝트를 수행하였음.
: 1차-인공뇌, 2차-인공심장 (공통 주제); 3차- …
– 본 강의는 바이오인공장기 개발을 목표로 토론형 수업을 고안하여 2019년도 가을학기 인간생물학 과목을 활용하여 진행하였음.
– 3차에 걸친 프로젝트를 수행하였음.
: 1차-인공뇌, 2차-인공심장 (공통 주제); 3차- 인공모발, 인공눈, 인공귀 (그룹 개별 주제)
– 프로젝트 1- 인공뇌를 고안하는 과정에서 뇌의 구조, 기능, 신경계의 작동원리, 수면, 호르몬, 신경전달 물질에 대해 학습할 수 있었음.
– 프로젝트 2- 심장의 구조와 기능뿐만 아니라 심장과 연관된 혈관, 폐, 뇌, 간, 다른 장기들과의 연결을 살펴보았음. 상용화되고 있는 기계적 보조 장치들을 고안할 수 있는 배터리 향상법, 이종장기를 이용하기 위한 유전자 편집기술 등에 대해 학습할 수 있었음.
– 프로젝트 3- 스스로 주제 선정하는 과정에서 인체의 장기들의 유기적 연관성, 기능, 각 인공장기의 필요성에 대해 논의하였고 Guess, Learning, Imagine, Discussion, Extension의 과정을 학생들이 스스로 가장 훌륭하게 수행하였음.
– 전문가 활용하여 개발한 프로젝트의 특허, 기술이전, 상용화, 창업 등에 대한 가이드라인을 학습하였음.
(출처 : 초록 2p)
위키백과, 우리 모두의 백과사전
인공 장기(人工臟器, artificial organs) 또는 인공 기관은 인간의 신체 장기를 대용하기 위하여 인간 이외의 동물의 장기를 이용하거나 또는 생체 공학 기술을 토대로 하여 만들어 내는 인위적, 기계적 장치나 장기를 말한다. 필터나 화학 처리 장치와 같이 고정 전원 공급 장치 또는 다른 자원에 얽매인 것은 인공 장기로 정의되지 않는다. (정기적인 배터리 충전, 화학 물질의 보충, 필터를 청소하거나 교체하는 것들은 인공 장기라고 불리는 장치에서 제외된다.) 따라서 신장 투석 기계와 같은 신장의 기능을 완벽히 대체하는 성공적이고 매우 중요한 생명 유지 장치는 인공 장기가 아니다. 아직까지 완전한 의미의 효율적이고 독립적인 인공 신장은 개발되지 않았다.
목적 [ 편집 ]
매우 비용이 많이 들고 지속적인 유지 및 보수에 기존 장기는 필요하지 않는 많은 기간을 수반하면서까지 인공장기를 설치하는 목적은 다음과 같다.
장기 이식을 기다리는 동안 임박한 죽음을 방지하기위한 생명 유지 장치(예를 들어 인공심장)
스스로를 관리하기 위한 환자 본인의 능력의 극적인 개선(예를 들어 인공사지)
사회적으로 상호작용하기위한 환자의 능력 개선(예를 들어 인공달팽이관)
암수술이나 사고이후 미용적인 복원(예를 들어 인공피부)
인간에 의한 인공장기의 사용은 거의 항상 동물을 이용한 광범위한 실험이 선행된다. 인간을 이용한 초기 테스트는 이미 죽음에 직면했거나 다른 모든 치료의 가능성을 소진한 사람들로 극히 제한된다.(극히 드물게 극악무도한 범죄로 처형이 예정된 건강한 사형수에게 테스트한다.)
일반적으로 장기로 간주되지는 않지만 고관절 치환술과 같은 뼈와 근육의 대체술도 포함될 수 있다.
사람의 지혜를 넘어선 정밀 기계 [ 편집 ]
누구나 한번쯤은 사이보그(사이버네틱 오거니즘의 준말)라는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 우리말로 하면 ‘개조 인간(改造人間)’이라 하는데, 공상과학 소설의 세계에서는 폐의 기능을 고스란히 기계에 대행시킨 사이보그가 우주공간, 또는 바닷속에서 아무렇지도 않게 생존하는 것으로 등장하기도 한다. 그런데 현실에서는 아직까지 소설이 그리고 있는 것과 같은 강력한 사이보그는 나타나고 있지 않다. 손발 한 가지를 두고 보더라도 원래의 몸에 대신하는 완전한 의수(義手), 의족(義足)은 등장하지 못하고 있다. 바꾸어 말하면, 그만큼 인간의 몸은 인지(人智)를 초월한 멋진 초정밀 기계(超精密機械)라는 말이 된다. 그러나 사이보그를 향한 발걸음이 멎어 버린 것은 결코 아니다. 오히려 한걸음 한걸음 착실히 전진하고 있다. 왜냐 하면 현재의 사이보그화로의 발걸음은 현실의 문제와 깊이 연관되어 있으며, 질병을 고친다는 의료(醫療)로서의 요청이 강하기 때문이다. 그리고 그것은 인공 장기(人工臟器)라는 말로 표현된다. 인공 장기(혹은 인공 기관)의 궁극적인 목표는 생체의 장기와 완전히 똑같은 것을 만들어 내는 것이지만, 현재로서 그것은 불가능하다. 그래서 기능이나 모양과 크기를 가급적 진짜에 가깝게 하려는 것이 지금 진행 중인 연구의 목표이다. 그러면 인공 장기의 연구는 어디까지 진전되어 있는 것일까. 생체의 고장은 온갖 부분에서 일어난다. 따라서 인공 장기도 온갖 것이 연구의 대상이 되어 있는데, 뇌와 위(胃)와 일부 내분비기관을 제외하고는 모든 인공 장기가 만들어지고 있다. 물론 그들 인공 장기 중에는 아직 실용화가 되기에는 미흡한 것이 많다.
간장과 신장의 복잡한 기능의 대행 [ 편집 ]
현재 실용화되어 있는 인공 장기의 대부분은 항시 몸에 지니고 있는 인공 장기인데, 일시적으로 대용 구실을 하는 것도 있지만 모두 생명 유지를 위해서는 극히 중요하다. 여기에는 인공 심폐(人工心肺), 인공 신장, 인공 간장, 인공 호흡기 등이 있다. 다만 현재의 실정으로는 장치의 크기가 커서 체내에 장치할 수는 없으며, 체외 장치로서 사용하는 경우도 생체 기능을 그대로 완전히 대행하기까지에는 이르고 있지 않다. 특히 간장과 같은 복잡한 대사 기능(代謝機能)을 가진 장기의 완전한 대행은 앞으로의 과제이다. 인공 신장에 관해서는 최근 CAPD(계속식 휴대형 복막투석법(繼續式携帶型腹膜鬪析法))가 등장하여 주목을 끌고 있다. 현재 이 CAPD를 사용하는 사람이 증가하는 추세에 있는데, 이것은 앞으로의 인공 신장의 방향을 좌우할지도 모른다.
필요한 것은 기술 혁신, 의식 혁명 [ 편집 ]
인공 심장에 대해서는 1982년 12월 1일, 미국 유타 대학에서 이식을 받은 버니 클라크 씨의 예가 널리 알려져 있다. 인공 장기의 연구는 생체의 기능을 표면적으로 닮게 만든 제1세대에서 더 나아가 생체에 가까운 기능을 가지는 제2세대에로 이행하고 있다. 다시 말해서 ① 장기간 사용, ② 기능의 완전성, ③ 소형화, ④ 새로운 인공 장기의 개발 등의 방향으로 나아가고 있는 것이다. 그런데 이러한 것들이 보다 실현 가능해지기 위해서는 인공 장기의 재료, 구동장치(驅動裝置), 에너지원(源), 계측(計測), 제어(制御) 등의 점에서 기술 혁신이 더욱 필요하다. 또한 인간의 수명이 점차 길어짐에 따라 보다 많은 인공 장기의 개발이 필요한데 인공 신장, 인공 심장 이외에도 인공 이자, 인공 청각기관, 인공 피부, 인공 간, 인공 관절 등이 개발될 가능성이 있다. 그리고 이는 당연히 사회적인 문제로 발생할 가능성이 있다. 예컨대 인공 장기가 고장을 일으켰을 경우의 응급 조치와 책임의 소재는 어떻게 되는가？ 고장이 바로 죽음에 직결될 때는 도대체 어떠한 대응을 해야 하는가？ 사태의 복잡성은 체내 장착형 영구 인공 심장이 실용화되었을 때의 일을 생각해 보면 잘 알 수 있다. 앞으로는 인공 장기를 필요로 하는 사람들이 더욱더 증가할 것이다. 따라서 사람들이 안심하고 사용할 수 있게 되기 위해서는 좀더 확실한 기술적 뒷받침과 의료 체제의 강화가 요망된다.
인공 장기의 예 [ 편집 ]
뇌 [ 편집 ]
심층적인 뇌의 자극을 포함한 뇌의 페이스 메이커는 우울증, 간질, 파킨슨 병에 의한 떨림 그리고 증가된 방광 분비물 등을 포함한 다른 조건들을 완화하기 위해 뇌에 전기자극을 보낸다. 기능을 회복하기 위해 기존의 신경 체계를 대체하기 보다는 증상을 제거하기 위해 현존하는 잘못된 기능을 방해하는 역할을 통해 기능한다.
분문과 유문 판막 [ 편집 ]
인공 문부와 유문부는 식도암, 식도 이완 불능증과 위식도 역류 질환에 대항하는 데 사용할 수 있다. 이것은 특히 위의 양쪽 끝 판막과 같은 위의 수리에 관한 것이다.
음핵, 음경의 해면체 [ 편집 ]
발기부전을 치료하기 위해 두 해면체가 비가역적 외과수술을 통해 팽창가능한 음경 보형물로 대체될 수 있다. 이것은 다른 모든 종류의 치료에 실패한 만성발기부전으로 고통받는 남자들에게만 시술되는 과감한 치료 수술이다. 고간이나 음낭에 주입된 펌프는 보통 본래의 해면체와 크기가 유사한 인공실린더를 주입된 저장소를 통해 발기하기 위해 손으로 조작될 수 있다.
귀 [ 편집 ]
음악의 품질에 있어서 본래의 청각이 일반적으로 어느 수준에 미치지 못하는 반면에 거의 대부분의 수술을 받은 사람은 이것이 다른 한쪽의 귀에도 수술을 해달라는 요청을 가지고 그들의 의사에게 돌아가기에 충분할 만큼 유용하다는 깨달음을 가지고 기뻐한다.
안구 [ 편집 ]
지금까지 가장 성공적인 기능 대체 인공 안구는 사실 망막, 시신경, 또는 기타 뇌 내부에 관련된 영역에 이식된 원격 단방향 전자 인터페이스를 가진 외부 소형 디지털 카메라이다. 인공 장기에 대한 개념의 가능성을 증명하는 현재 인공 기술의 수준은 밝기 정도, 색상 견본, 그리고/또는 기본 기하학적 모양을 인식하는 것과 같이 매우 부분적이다.
수많은 연구자들이 망막이 뇌를 위한 전략적 이미지 전처리를 수행한다는 것을 증명해왔다. 100%의 기능을 하는 인공 전자 안구를 만드는 것의 문제점은 이미 분명한 것보다 훨씬 더 복잡하다. 컴퓨터 과학의 지속적인 발전과 함께 망막, 시신경, 관련된 뇌의 영역과의 인공적인 결합의 정밀성이 꾸준히 증가하는 것은 이 기술의 성능을 크게 개선할 것으로 기대된다. 손상되거나 병에 걸린 살아있는 눈이 일부 기능을 유지 하는 사람의 경우 우수한 전자 안구보다 뛰어난 그 이상의 기능을 사용할 수 있다. ♦
심장 [ 편집 ]
성공으로 간주하지만, 인공 심장의 사용은 죽음 임박 이식을 기다리는 환자들로 극히 제한된다. 기술 장치의 현재 수준으로는 안정적으로 18 개월 이상 생명을 유지할 수 없다.
인공 심장 박동기는 필요에 따라 심박을 간헐적으로(제세 동기 모드)이거나 지속적으로 증대시키고, 또는 본래의 심장 박동기를 완전히 우회할 수 있고 이를 통해 성공적으로 보편화된 전자 장치이다.
심실 보조 장치는 심장 장치의 제거없이 부분적으로 또는 완전히 고장난 심장의 기능을 대체할 수 있는 기계적 순환 장치이다.
인공 사지 [ 편집 ]
인공 사지 또는 보철은 절단 수술을 받은 사람에게 정상적인 기능을 하도록 만들어졌다. 절단 수술을 받은 사람들을 다시 걷거나 양 손을 사용할 수 있게 만들어 주는 기계적 장치는 나무로 만든 의족따위처럼 고대에서부터 사용되어 왔다. 그러나 B.C. 600년경 중세의 대장장이가 단단하고 무거우며 구부러지지 않는 철을 사용하여 사용자가 거의 조종할 수 없는 정교한 최초의 인공 사지를 만들때까지 외과적 절차는 성공적이지 못했다. 심지어 1500년 경 Ambroise Paré에 의해 만들어진 연결 관절을 사용하더라도 사용자는 자신의 의지대로 조종할 수 없었다. 그 시대의 인공 손은 정교하고 복잡한 실제 손의 복제품이었지만, 특별히 기능적이지는 않았다. 팔꿈치 아래 절단을 위해 1812년 베를린에서 Peter Baliff가 개발한 그리고 팔꿈치 위 절단을 위해 1844년 Van Peetersen이 개발한 인공 팔은 기능적이었으나 여전히 이상과는 거리가 멀었다.
19세기에는 절단 수술 그 자체로 시작된 변화가 많았다. 공학을 배우던 학생인 J. E. Hanger은 남북 전쟁에서 그의 다리를 잃었다. 그는 이후 그 자신을 위한 인공 다리를 설계했고 1861년에 다리의 보철물을 제조하는 회사를 설립했다. J. E. Hanger의 회사는 오늘날에도 존재한다. A. A. Winkley 라는 또다른 절단 사고의 희생자는 스스로를 위해 무릎 아래에 장착하는 슬립 소켓을 개발했고 Lowell Jepson과 함께 1888년도에 Winkley Company를 세웠다. 그들은 국립 남북 전쟁 참전 용사 재회기간동안 그들의 다리를 시장에 내놓았고 이를 통해 회사를 세울 수 있었다.
사고를 당한 또 다른 사람인 D. W. Dorrance는 1909년에 손의 위치에 사용되는 단말 장치를 발명했다. 사고로 오른팔을 잃은 D. W. Dorrance는 그 당시 쓸 수 있었던 보철물이 만족스럽지 못했다. 그의 발명전까지 그것들은 가죽 소켓과 무거운 강철 프레임, 그리고 가장 기본적인 기계손이자 허울뿐인 손 또는 잡기 힘든 수동 후크로 구성되어 있었다. Dorrance는 반대 어깨에 고정된 고무 밴드를 통해 등을 가로지르는 스트랩으로 개폐할 수 있는 분할 후크를 개발했다. 아직까지도 그의 단말 장치(후크)는 환자들을 위한 중요한 발전이라고 여겨지는데 이는 환자들의 잡는 능력을 어느 정도까지 회복시켜주기 때문이다. 진짜인 것 같은 피부 속에 숨겨져 있을지라도 개선된 후크는 오늘날에도 여전히 쓰이고 있다.
간 [ 편집 ]
HepaLife사는 줄기 세포를 이용하여 바이오 인공 간을 간 기능 부전 환자들을 위해 개발하였다. 현재도 개발 중인 인공 간은 급성 간부전의 치료와 간 이식이 가능할 때까지 간의 기능을 대체하는 보조적인 장치의 역할을 하도록 개발되었다. 이는 실제 간세포를 쓰는 것으로만 만들 수 있고 만든 것도 간의 영원한 대체품은 될 수 없다.
한편 Newcastle University의 재생 의학교수인 Colin McGuckin과 임상 과학 수석 연구원 Nico Forraz는 향후 5년 안에 인공 간의 조각이 손상된 간의 복구에 사용될 수 있다고 말한다. 이러한 인공 간은 또한 신체의 외부에서 투석 공정과 유사한 방법으로 신장이 손상된 환자의 생존을 위해 사용될 수 있다.
일본 연구진은 인간의 간 전구 세포(다능성 줄기세포(iPSCs)에서 유도되어 차별화된)와 다른 두 개 유형의 세포와의 혼합물이 자발적으로 3차원 입체구조의 통칭 ‘간 새싹’을 형성할 수 있음을 발견했다. 쥐에 행해진 실험에서 이 간 새싹은 기존의 혈관과 기능적인 결합을 형성했고 혈류 해독 작용과 같은 간의 특징적인 기능을 수행했다.
췌장 [ 편집 ]
당뇨병의 치료를 위해, 살아있는 외부의 조직과 장기를 죽이는 환자의 면역반응을 막기위해 기증된 생체조직에 투여하는 특별한 물질들을 포함해서 수많은 유망한 기술들이 현재 개발되고 있다.
방광 [ 편집 ]
방광의 기능을 대체하기 위해 소변의 흐름을 개선하거나 방광을 그 자리에서 교체하는 두 가지의 주된 방법이 있다. 방광을 대체하기 위한 표준 방법은 장 조직에서 얻은 방광 모양의 주머니를 이용하는 것을 포함한다. 또 다른 새로운 방법에는 환자에게서 채취한 세포를 이용, 방광 모양의 지지체에서 방광을 성장시키는 것이 있다.
난소 [ 편집 ]
생식연령의 암환자들은 대개 난모세포에 손상을 가하고 조기 폐경에 이르게 하는 화학 요법 또는 방사선 치료를 받는다. 이것의 해법이 될 수 있는 인공 난소가 Brown University에서 새로운 3차원 배양 접시 기술로 만들어진 자가 조립 미세 조직을 이용하여 개발되고 있다. 인공 난소는 미성숙한 난모 세포를 시험관(체외)에서 성숙시키고 난포 형성에의 환경 독소의 영향을 연구하기 위한 시스템을 개발하는 목적으로 사용될 것이다.
흉선 [ 편집 ]
흉선의 기능을 하는 이식할 수 있는 장치는 존재하지 않는다. 하지만 연구진들은 재구성된 섬유 아세포를 통해 흉선을 성장시킬 수 있었다. 그들은 이러한 접근이 언젠가 신생아의 흉선 이식을 대체하거나 보완할 수 있다는 희망을 표명했다.
기관 [ 편집 ]
스웨덴의 외과의사는 2011년 7월에 처음으로 36세의 암환자에게 인조 기관을 이식했다. 환자의 엉덩이에서 추출한 줄기세포는 성장 인자를 투여받았고 그의 본래 기관의 플라스틱 복제품에서 배양되었다.
회복을 넘어서 [ 편집 ]
인공 장기를 설계하고 설치하는 것으로 본래 존재하지 않는 능력을 소유자에게 줄 수 있다. 연구는 특히 시각과 기억 및 정보 처리 분야에서 진행되고 있으나 아직까지는 초기 단계에 불과하다.
일부 현재의 연구는 치매 환자의 장기 기억에 대한 접근 보다는 사고 피해자가 잃어 버린 단기 기억을 회복에 초점을 맞추고 있다. 여기에서의 성공은 건강한 기억을 가진 사람들의 능력을 연상 기호를 이용하는 것 보다 훨씬 더 극적으로 향상시키기위한 기술의 응용에 대한 광범위한 관심을 야기한다. 살아있는 인간의 기억이 실제로 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 이해가 불완전하다는 것을 생각하면 이 시나리오는 가까운 미래에 현실화 될 가능성은 낮다.
2002년 영국의 과학자 Kevin Warwick이 자신의 신경계를 인터넷에 연결하기 위해 신경계에 100여 개의 전극을 설치하는 실험에서 성공했다. 이에 힘입어 그는 로봇 손을 조종하기 위해 인터넷을 통해 그의 신경계를 확장시키거나 최초로 두 인간의 신경계 사이의 직접적인 전기적 커뮤니케이션을 보이는 등 일련의 실험을 실시했다.
거대한 결과를 가져올 또 다른 아이디어는 외교적, 군사적으로 응용하기 위해 언어 번역기를 이식하는 것이다. 기계 번역기가 존재하지만, 이를 수행하기에 그것은 현재 성능이 모자라고 크기가 충분히 작지 않다.
이것은 또한 식별 및 위치정보의 목적을 위해 피하 “칩”(집적 회로)를 이식하는 기존의 활동이 포함될 수 있다. 이것의 예 중 하나는 VeriChip Corporation에 의해 제작되는 RFID태그이다.
마이크로칩의 인공장기 [ 편집 ]
National Public Radio는 과학자들이 약을 시험하고 건강하거나 병이 있는 장기의 기본적인 기능을 이해하기 위해 손바닥크기의 인공장기를 개발 중이라고 보도했다. 연구자들은 이 기술이 약물개발을 가속화하고 그러한 약물의 가격을 보다 저렴하게 만들 것이라고 기대하고 있다.
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외부 링크 [ 편집 ]
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