영생: 냉동보존이 우리가 아는 죽음을 끝낼 수 있다.

 

지금은 2045년이고, 당신은 방금 신부전 진단을 받았다. 수십 년 전이었다면 기증 신장이 나올 때까지 수년간 투석을 해야 했을 것이다. 하지만 냉동보존의 발전 덕분에 의사는 즉시 냉장 보관된 새로운 장기를 주문할 수 있다.

 

냉동보존

냉동보존은 생물학적 물질을 나중에 사용하기 위해 동결하고 보관하는 과정으로, 의료에 혁명을 일으켰다.

 

수백만 명의 사람들이 냉동보존된 정자, 난자, 배아를 사용하여 가족을 시작했으며, 냉동 난소 조직은 현재 화학 요법으로 인해 생식 능력을 잃은 여성의 생식 능력을 회복하는 데 사용된다. 냉동보존은 또한 수혈을 위한 희귀 혈액형, 암과 싸우는 줄기 세포 치료를 위한 골수, 심각한 화상 환자를 치료하기 위한 피부 이식편을 은행에 기부할 수 있게 해주었다.

 

우리는 냉동보존으로 가능한 일의 시작에 불과할 수도 있다. 어떤 사람들은 그것이 언젠가 장기 부족을 종식시키고, 말기 질환에서 살아남고, 어쩌면 태양계를 채우는 데 도움이 될 것이라고 예측한다.

그 방법을 알아보기 위해 냉동보존의 과거, 현재, 미래를 살펴보겠다:

 

우리가 걸어온 길

1930년대에 미국, 러시아 및 세계 여러 지역의 농부들은 가축을 번식시키기 위해 인공 수정에 의지했다. 자연 생식보다 임신율이 높을 뿐만 아니라 임신에 필요한 정액의 양도 줄어 고품질 수컷 한 마리가 더 많은 암컷을 임신시킬 수 있었다.

 

하지만 그들이 직면한 가장 큰 과제 중 하나는 정자를 충분히 빨리 암컷에게 주입하는 것이었다.

 

정액을 달걀 노른자 기반 "확장 매체"와 섞은 다음 약 41F로 식혀 생존력을 늘리는 동안 농부들은 정액을 채취한 날과 사용해야 하는 날 사이에 며칠 밖에 남지 않았다. 동결, 보관, 해동을 시도했지만 정자 세포 외부에 얼음 결정이 형성되어 수정을 방해하는 손상이 발생하여 실패했다.

 

1949년 영국의 생물학자 크리스토퍼 폴지가 글리세롤을 증량제 배지에 섞으면 냉동 및 해동된 닭 정자에서 건강한 병아리를 생산할 수 있다는 것을 발견했을 때 획기적인 진전이 있었다. 이 화합물은 "냉동 보호제" 역할을 하여 냉동 중에 정자 세포가 손상되는 것을 보호했다. 그는 곧 수소 정자에서도 작동하도록 이 기술을 개량했다.

 

폴지의 공동 연구자 중 한 명인 앨런 스털링 파크스는 1951년 뉴욕 타임즈에 "시간은 그 의미를 잃었다."라고 말했다. "정자의 활력과 번식력은 무기한 유지된다. 동물은 죽은 후에도 오랫동안 아비로 사용될 수 있다. 동물에게 적용되는 것은 남성에게도 적용된다."

하지만 남성에게는 즉시 적용되지 않았다. 글리세롤로 냉동하더라도 인간의 정자는 해동 후에도 여전히 기능을 하지 않았다.

 

하지만 폴게 팀의 획기적인 성과 직후, 미국의 생물학자 제롬 셔먼은 인간 정자를 이용해 냉동보존 실험을 시작했다. 그는 정자를 효과적으로 냉동 보존하는 핵심은 원심분리기를 사용해 정자를 농축하는 것이라는 사실을 발견했다. 세포를 글리세롤과 증량제 배지의 혼합물과 섞은 후, 건조 얼음에 보관하기 전에 천천히 냉동해야 했다.

 

1953년, 냉동보존 정자를 사용해 임신한 최초의 인간 아기 3명이 태어났고, 20세기 말 이전에 연구자들은 인간 난자, 배아, 혈액 세포, 피부 이식편 등을 성공적으로 냉동 보존하는 데 적합한 기술, 냉동보호제, 냉매의 조합을 발견했다.

과학자와 공상과학 작가 모두 이 기술의 급진적인 미래 용도, 즉 사람을 통째로 냉동하고 보관하는 것을 상상하게 되었다.

 

이론은 사람이 죽은 후에 냉동 보관될 수 있고, 수년, 수십 년 또는 수세기 후에 마침내 그 사람을 죽인 원인에 대한 치료법이 나올 때마다 부활할 수 있다는 것이다. 1967년 심리학 교수 제임스 베드포드는 시체를 냉동보관한 최초의 사람이 되었고, 그 이후로 약 500명이 그 뒤를 따랐다.

 

우리가 가는 곳(아마도)

세포와 조직의 냉동보존이 이제 의료에서 ​​일상화되었지만, 사망 직후에 인체 전체를 냉동하고 보관하는 "냉동보존"은 여전히 ​​드물고 논란의 여지가 있다.

 

어떤 사람들은 냉동보존으로 "죽음을 속이려는" 시도의 도덕성에 의문을 제기하는 반면, 다른 사람들은 이 서비스를 판매하는 사람들이 아프거나 단순히 죽음을 두려워하는 사람들을 이용하고 있다고 주장한다. 일부 냉동보존 회사는 시체 한 개당 20만 달러 이상을 청구한다.

 

미래의 의사가 냉동보존 된 사람들의 사망 원인을 치료할 수 있다 하더라도, 시체가 너무 손상되어 소생할 수 없을 가능성이 크다. 적절한 냉동보호제, 적절한 냉동 및 해동 기술 등을 사용해야 한다. 지금까지 해동 및 검사된 시체의 끔찍한 상태는 확실히 자신감을 불러일으키지 않다.

 

하지만 그렇다고 해서 우리가 인간을 냉동 보존하는 올바른 방법을 결코 알아낼 수 없다는 것은 아니다. 그 과정에서 배아와 줄기세포를 냉동하는 것만큼 의료에 큰 영향을 미치는 획기적인 진전을 이룰 수 있다.

 

버밍엄 대학교 노화 및 회춘 유전체학 연구실장이자 바이오테크 스타트업 옥스포드 크라이오테크놀로지의 공동 창립자인 조앙 페드로 드 마갈랴이스(João Pedro de Magalhães)는 "냉동생물학은 공학적 문제이다."라고 말했다. "우리는 생물학을 이해한다. 생물학적 물질을 보존하는 데 여전히 존재하는 과제와 한계를 극복할 솔루션을 설계하기만 하면 된다."

 

가장 큰 과제 중 하나는 100개 정도의 세포로 구성된 배아와 같이 작은 물체를 동결하고 해동하는 것이 몸 전체나 개별 장기와 같이 더 큰 생물학적 물질을 동결하고 해동하는 것보다 훨씬 쉽다는 것이다.

 

이러한 경우 물체의 중앙이 바깥쪽 층보다 얼리는 데 더 오래 걸릴 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 바깥쪽 층은 중심부 층보다 더 빨리 해동된다. 어느 경우 든 온도가 고르지 않으면 얼음이 형성되고 균열, 찢어짐 및 기타 조직 손상이 발생할 수 있다.

 

모나시 대학교의 신경 과학자인 아리엘 젤레즈니코프-존스턴은 6월에 블룸버그에 "조직 샘플이 커질수록 문제가 더 심각해진다."라고 말했다. "온도 구배에 큰 차이가 생긴다. 사람들은 냉동 보호제로 이를 해결하려고 시도했지만 그 자체로 독성이 있다."

2023년 7월 미네소타 대학교(UMN)의 과학자들은 이 문제에 맞서는 획기적인 진전을 발표했다.

 

네이쳐 커뮤니케이션즈에 게재된 연구에서 그들은 쥐 신장의 혈관을 통과시키기 전에 철 나노 입자를 냉동 보호 용액에 섞었다. 그런 다음, 천천히 냉각하는 대신 액체 질소를 사용하여 장기를 급속 동결했다. "유리화"라고 불리는 이 접근 방식은 세포가 유리와 같은 상태를 취하게 하며 오늘날 배아 냉동 보존에 널리 사용되는데, 그 이유는 손상이 적기 때문이다.

연구 공동 1저자인 Zonghu Han이 UMN의 쥐 신장 중 하나를 조작하고 있다.

신장을 최대 100일 동안 보관한 후, UMN 팀은 유리화된 장기를 구리 코일 안에 넣고 전류를 흘렸다. 이렇게 하면 신장에 있는 철 나노입자가 가열되는 자기장이 생성되어 약 90초 만에 신장이 고르게 따뜻해졌다.

그런 다음 과학자들은 철이 함유된 냉동 보호제를 신장에서 씻어내고 다섯 마리의 쥐에게 이식했다.

 

이 연구의 공동 수석 저자인 에릭 핑거는 "처음 2~3주 동안 신장은 완전히 기능하지 않았지만 3주 후에는 회복되었다."라고 말했다. "한 달 후에는 완전히 기능하는 신장이 되어 신선한 장기를 이식한 것과 전혀 구별할 수 없었다."

 

이 연구의 다른 공동 수석 저자인 존 비쇼프는 "누군가가 동물에서 기능적으로 보존된 장기의 장기 보관, 재가온 및 성공적인 이식을 위한 견고한 프로토콜을 발표한 것은 이번이 처음이다."라고 덧붙였다.

 

쥐의 신장은 그렇게 크지 않다. 일반적으로 무게가 1g도 안 된다. 하지만 최소 20가지 유형의 세포가 수천만 개 들어 있어 배아와 같은 것보다 훨씬 크고 복잡하다.

누군가가 크기에 관계없이 포유류 장기를 성공적으로 동결, 해동, 이식할 수 있었다는 것은 많은 사람이 냉동보존의 다음 큰 목표라고 보는 인간 장기 보관으로 가는 길에서 중요한 이정표를 나타낸다.

 

기증 장기는 체외에서 오래 지속되지 않는다. 외과의는 장기에 따라 제거 후 6~36시간 내에 수혜자에게 이식해야 하며, 그 시간 내에도 더 오래 지연되면 이식 결과가 더 나빠질 수 있다.

기증 장기를 나중에 사용하기 위해 냉동 보존할 수 있다면 시간과의 경쟁을 끝내고 이식 결과를 개선할 수 있다. 필요한 경우 장기를 사용하기 전에 며칠, 몇 주 또는 몇 년 동안 보관할 수 있다.

 

또한 현재 수요에 미치지 못하는 기증 장기 공급을 늘릴 수도 있다. 미국에서는 매년 수천 개의 기증된 장기가 의사들이 거부하기 때문에 폐기되고, 장기가 몸에서 나온 시간은 이러한 결정을 내릴 때 고려하는 요소 중 하나이다.

"결론은 우리가 인간 장기를 냉동 보존할 수 있다면 매년 수천 명의 생명을 구할 수 있는 이식을 위한 장기 은행을 개발할 수 있다는 것이다." 마갈랴이스가 말했다. "이것은 주요 의학적 돌파구가 될 것이다."

 

UMN 팀은 최근 Chemistry World에 기술을 더 큰 장기로 확장하기 위해 이미 노력하고 있지만 아직은 해당 연구에 대한 내용을 발표할 준비가 되지 않았다고 말했다. 한편, 마갈랴이스는 냉동보존에서 훨씬 더 큰 이정표가 이제 눈앞에 다가왔다고 낙관하고 있다.

"나는 앞으로 10년 안에 냉동보존이 이루어지고 작은 설치류가 부활할 것이라고 생각한다. 이는 이 분야에 대한 인식을 높이고 더 많은 관심을 끌어내는 데 중요할 것이다."라고 그는 말하며, 이로 인해 현재 소규모 분야인 냉동생물학에 대한 자금 지원이 늘어날 수 있다고 언급했다.

 

이 자금 지원은 과학자들이 새로운 실험에서 생성된 데이터를 사용하여 냉동보존의 기존 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 AI를 훈련할 수 있기 때문에 과거 어느 때보다 더 확대될 수 있다.

Oxford Cryotechnology는 이미 새로운 냉동 보호제를 식별하는 데 도움이 되는 AI 모델을 개발하고 있으며, 마갈랴이스는 그것이 잠재적인 응용 프로그램 중 하나일 뿐이라고 말했다. "새로운 냉동 보호제 외에도 AI는 다른 여러 가지 방법으로 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 다양한 세포 유형과 조직의 냉동 보존을 위한 농도와 온도 구배를 최적화하는 것이다."

 

그러나 AI는 훈련 데이터만큼만 좋으며, 냉동 생물학은 매우 작은 분야이기 때문에 고품질 데이터가 많지 않으므로 이를 생성하기 위한 자금이 더 필요하다.

Cradle Health는 마갈랴이스가 이 자금 조달의 영감을 줄 것이라고 생각하는 전체 설치류 혁신을 달성할 그룹이 될 가능성이 있다.

 

생명공학 천재 로라 데밍(Laura Deming)이 설립하고 4,800만 달러의 투자를 유치한 이 스타트업은 6월에 설치류 뇌 조직 조각을 유리화하고 재 가열하여 조직이 해동 후에도 일부 전기 활동을 유지할 수 있도록 했다고 발표했다. 이는 냉동보존 분야에서 처음 있는 일이다.

 

Cradle은 전체 설치류로 넘어가기 전에 인간 장기의 냉동보존 코드를 해독하기를 바라고 있지만, 장기적인 목표는 인간, 특히 말기 질환을 앓고 있는 사람을 동결시켜 치료법이 발견될 때까지 "동면"할 수 있도록 하는 것이다.

데밍은 그녀의 새로운 스타트업에 대해 "우주 영화에서 장기 여행을 위해 보는 동면 포드를 생각해 보라. 우리는 그것을 만들고 싶다."라고 트윗했다.

 

만약 Cradle이나 다른 그룹이 성공적으로 인간을 냉동보존하고 부활시킬 수 있다면, 이 기술은 결국 우주 여행에 적용될 가능성이 있다. 목성과 같이 "가까운" 어딘가로의 여행은 수년이 걸릴 가능성이 높고, 깊은 우주로의 여행 중에 "냉동수면"을 할 수 있다면 우주인의 정신 건강을 보호하고 여행을 위해 음식을 챙길 필요 없이 공간을 절약하고 비용을 절감할 수 있다.

 

거기에 도달하는 데는 수십 년이 걸릴 가능성이 있지만, 마갈랴이스가 말했듯이 냉동보존은 대체로 공학적 문제이다. 최신 기술을 사용하여 계속해서 노력한다면, 장기 부족을 종식시키고, 죽음을 무기한 연기하고, 지구 너머의 우주를 탐사할 수 있는 미래를 실현할 수 있다.