삽입형 인공신장 개발 인공장기 시대

신장(콩팥)은 노폐물을 걸러주고 체내 수분과 전해질 균형을 유지하는 중요한 역할을 담당하는 장기입니다. 하지만 불행하게도 신장 역시 여러 가지 질병에 걸려 기능이 떨어지거나 심한 경우 기능을 완전히 상실합니다. 신장 기능이 거의 망가지면 결국 신장 이식이나 투석을 할 수밖에 없습니다. 삶의 질을 생각하면 신장 이식이 가장 이상적인 방법이지만, 평생 면역 억제제를 복용해야 하고 이식할 수 있는 신장을 구해야 하는 문제가 있습니다.

따라서 과학자들은 체내에 삽입할 수 있는 인공 신장을 개발하기 위해 많은 연구를 진행했습니다. 사실 신장의 기능을 대신할 수 있는 혈액 투석 기술은 크게 발전해 진짜 신장처럼 피를 걸러 노폐물과 필요 없는 물질을 제거할 수 있습니다. 다만 부피가 너무 커서 인체에 삽입하기가 힘들 뿐입니다. 인공신장 개발은 진짜 신장처럼 작게 만드는 것이 가장 큰 기술적 난제입니다.

미국 캘리포니아대 샌프란시스코캠퍼스(UCSF)의 과학자들은 여러 가지 기술적 난제를 극복하고 인체에 삽입할 수 있을 정도로 작은 인공신장의 프로토타입을 개발하는 데 성공했습니다. 연구팀이 개발한 인공신장은 1차로 피를 걸러내는 투과막인 헤모필터(hemofilter)에서 걸러진 소변에서 다시 필수적인 물질과 수분을 재흡수하는 세뇨관으로 구성되어 있습니다.

신장은 체중의 0.4%에 불과하지만, 하루 180ℓ의 피를 걸러냅니다. 하지만 걸러낸 물질을 모두 소변으로 내보내면 손실을 감당할 수 없기 때문에 이를 다시 재흡수해 소변의 양을 하루 1-2L 정도로 줄이는 시스템을 지니고 있습니다. 아직 사람이 만든 시스템으로는 인간의 세뇨관 세포만큼 효과적으로 물질과 수분을 재흡수하기 어렵기 때문에 연구팀은 세뇨관세포를 배양해 인공신장에 삽입했습니다. 참고로 헤모필터는 실리콘 반도체막(silicon semiconductor membranes)으로 만드는 데 현재 기술로 대량 생산이 가능합니다.

인공신장이 체내에서 진짜 신장처럼 작동하기 위해서 넘어야 할 마지막 관문은 에너지원입니다. 연구팀의 해결책은 의외로 간단합니다. 그냥 진짜 신장처럼 정맥과 동맥의 압력 차이를 이용합니다. 이 인공신장은 큰 동맥에서 피를 받는 관과 걸러낸 피를 큰 정맥으로 흘려보내는 관, 그리고 걸러낸 소변을 방광으로 보내는 관으로 구성되어 있습니다.

연구팀은 이 인공신장을 동물 모델에서 검증한 후 사람에서 임상시험을 하기 위해 준비하고 있습니다. 아마 처음에는 진짜 신장의 기능을 100% 대체하기는 어렵겠지만, 점점 성능이 좋아지면 이식 장기 부족이나 면역 억제제 복용이 필요 없는 인공장기 시대를 열지도 모릅니다. 설령 이번에 임상시험에 실패해도 계속 도전이 필요한 이유입니다.