죽은 동물의 뇌에 액체 주입했더니 뇌세포 일부 활동 재개

육류 가공 공장에서 나온 돼지의 머리는 쓰레기로 버려질 운명이었다. 혈관에서 피가 다 빠진 뇌는 형체를 잃어갔고, 뇌세포는 이미 산소 공급이 끝난 직후부터 파괴되고 있었다. 하지만 사후 4시간이 지난 사체에서 뇌를 꺼낸 뒤 정맥을 통해 특수 제작한 액체를 흘려 넣자 예상 못한 일이 일어났다. 뇌세포 일부가 다시 활동을 재개한 것이다.

미국 연구팀이 죽은 지 4 시간이 지난 동물의 뇌에 인공적으로 액체를 주입해 뇌세포 일부를 6시간까지 다시 활성화시키는 데 성공했다. 죽은 동물의 뇌세포를 일부라도 다시 활성화시킨 것은 이번이 처음이다. 의식 등 뇌의 고차원적인 기능까지 되살리지는 못했지만, 향후 뇌 손상이나 질환에 의해 기능을 멈춘 뇌를 치료할 수 있을지 주목 받고 있다. 반면 뇌의 활동 정지를 기준으로 나뉘던 ‘삶과 죽음의 경계’가 모호해지면서, 복잡한 윤리 문제가 대두될 가능성도 함께 제기됐다.

네나드 세스탄 미국 예일대 의대 교수팀은 육류가공공장에서 나온 사후 4시간이 지난 돼지 32마리의 사체로부터 뇌를 분리한 뒤 ‘브레인엑스(BrainEx)’라고 이름 붙인 장치에 하나씩 넣고 화학처리를 해 뇌세포 일부의 기능을 살릴 수 있음을 확인해 ‘네이처’ 18일자에 발표했다.

세스탄 교수팀은 보존제와 안정제, 조영제, 산소 등이 들어간 ‘벡스(BEx)’라는 인공 액체를 혈액 대신 체온과 같은 약 37도의 온도로 데우고, 브레인엑스를 이용해 이를 뇌로 향하는 정맥에 주입했다. 연구팀은 벡스의 주입량과 성분 등을 정교하게 조절해 실제 뇌 속에 혈액이 흐르는 것처럼 통제한 뒤 돼지의 뇌를 관찰했다. 그 결과, 사후 4시간이 지났음에도 세포 사멸이 멈추고 뇌의 해부학적인 형태와 세포 구조를 생전처럼 유지시킬 수 있다는 사실을 발견했다. 뇌 속 혈관도 정상 구조를 되찾았고, 뇌 속 면역세포인 글리아 세포도 면역반응을 재개했다. 심지어 신경세포 사이의 접점인 시냅스에서 자발적인 신경 반응도 포착했다. 이런 상태는 사후 10시간째인 실험 6시간 뒤까지 지속됐다. 연구팀은 “제약 조건 때문에 6시간 뒤 실험을 중단했다. 좀더 긴 시간 지속될 가능성도 있었다”고 말했다.

다만 연구팀은 이 뇌에서 의식이나 지각의 징후는 전혀 발견하지 못했다고 밝혔다. ‘뇌세포는 살아있지만 뇌는 죽은’ 상태라는 것이다.

연구자들은 이번 연구 결과를 두 가지로 응용할 수 있을 것으로 내다봤다. 먼저 사고 등에 의한 충격으로 손상된 뇌를 의학적으로 연구하는 데에도 쓸 수 있다. 세스탄 교수는 “그동안 분리된 뇌 속 세포 활동의 회복 능력이 저평가돼 왔다”며 “이번 연구 결과는 뇌졸중 등의 증세에 대한 치료법을 연구하는 데 응용할 수 있을 것”이라고 말했다. 다만, 아직 세포 차원의 기능만 활성화시킨 만큼 진짜 뇌 전체를 활성화시킬 수 있을지 여부는 긴 논쟁과 연구가 필요할 것으로 보인다. 연구팀은 또 브레인엑스 시스템을 뇌의 3차원 연결망의 기능을 시험할 때 사용할 것도 제안했다. 약물에 의한 반응 등을 연구한다는 것이다.

이번 연구는 여러 윤리적 논쟁을 불러일으킬 것으로 보인다. 죽은 동물의 뇌 세포 일부를 브레인엑스를 써서 활성화시킨 뒤 약물이나 의학 실험에 쓰는 것부터 논란이다. 크리스틴 그레이디 미국국립보건원 임상센터 생명윤리학과장은 “뇌 손상이나 병의 비밀을 풀기 위해 만든 강력한 도구인 것은 사실이지만, 이를 사용하는 데에는 윤리적 책임이 따른다”며 “기초과학의 새로운 장을 여는 과정에서 만날 수 있는 잠재적 윤리 이슈를 연구자와 신중히 검토해야 한다”고 말했다.

생명윤리학자인 현인수 미국 케이스웨스턴리저브대 교수는 시선을 돌려, 의학 현장에서 죽음을 결정하는 기준이 달라지면서 환자를 위한 이식용 장기 수급에도 영향이 미칠 가능성을 제기했다. 현 교수는 같은 날 네이처에 발표한 기고문에서 “대부분의 국가에서 뇌 기능이 되돌릴 수 없을 정도로 상실된 경우나 순환기가 되돌릴 수 없을 정도로 상실된 경우 법적으로 죽음을 선고한다”며 “수십 년 동안 환자들은 뇌사 선고 환자로부터 장기를 이식 받았고 최근에는 심장과 폐 기능이 중단된 환자로부터도 장기를 이식 받아왔다. 그런데 뇌에는 회복 능력이 없다는 가정에 도전하는 연구가 나오면 뇌를 살리려는 환자는 늘고 이식용 장기 기증은 줄어드는 결과가 나타날 것”이라고 말했다. 그는 “관련 과학의 발달은 뇌 회복을 더 합당한 일로, 장기기증을 덜 합당한 일로 여기게 할 것”이라며 “두 조치 사이에서 (혼란을 줄이고) 합리적인 결정을 내리게 하려면 정책결정자, 신경과학자, 환자 등이 참여하는 논의가 필요하다”고 말했다.

윤신영동아사이언스기자 ashilla@donga.com