인공 장기

인공 장기는 제 기능을 잃은 장기의 일을 대신하도록 만든 장치나 조직이다. 신장의 일을 대신하는 투석기처럼 이미 수많은 환자가 쓰는 것도 있고, 실험실에서 길러 낸 작은 장기 조각처럼 아직 연구 단계에 있는 것도 있다. 인공 장기를 이해하려면 '어떤 일을 얼마나 오래 대신할 수 있는가'를 기준으로 나눠 보는 것이 좋다.

이미 널리 쓰이는 인공 장기는 무엇인가

가장 오래되고 널리 쓰이는 것은 혈액 투석기다. 신장은 피에서 노폐물과 남는 물을 걸러 내는데, 투석기는 피를 몸 밖으로 빼내 얇은 막을 통과시키며 같은 일을 한다. 막에는 작은 구멍이 있어 노폐물은 빠져나가고 혈구와 단백질은 남는다. 다만 투석기는 신장의 일 가운데 거르는 기능만 대신한다. 호르몬을 만드는 일 같은 나머지 역할은 약으로 따로 보충해야 하고, 일주일에 여러 번 병원에서 몇 시간씩 기계에 연결되어야 한다.

심장 쪽에서는 심실 보조 장치가 쓰인다. 약해진 심장 옆에 펌프를 달아 피를 대신 밀어 주는 장치로, 심장 이식을 기다리는 동안 버티게 하거나 이식이 어려운 환자에게 장기간 쓰인다. 심장을 통째로 대신하는 완전 인공 심장도 있지만, 대부분 이식 전까지의 다리 역할에 머문다.

인공 관절, 인공 수정체, 인공 와우처럼 몸의 일부나 감각 기관을 대신하는 장치는 더 흔하다. 백내장 수술에서 넣는 인공 수정체는 가장 많이 시술되는 인공 장치 가운데 하나다. 이런 장치는 피와 직접 닿지 않거나 움직임이 단순해, 심장이나 신장을 대신하는 장치보다 몸과 오래 함께하기 쉽다.

인공 췌장은 무엇을 자동으로 하나

제1형 당뇨병 환자는 인슐린을 스스로 만들지 못해 혈당을 재고 인슐린을 맞는 일을 하루 종일 반복해야 한다. 인공 췌장은 이 과정을 기계가 이어서 하도록 만든 장치다. 피부에 붙인 센서가 혈당을 계속 재고, 프로그램이 필요한 양을 계산하며, 펌프가 인슐린을 주입한다. 측정과 판단과 주입이 한 고리로 이어진다는 뜻에서 폐쇄 고리 시스템이라 부른다.

장기를 새로 만든다기보다 장기가 하던 '조절'을 흉내 낸다는 점에서 인공 장기의 다른 갈래를 보여 준다. 식사나 운동처럼 혈당이 급히 변하는 상황에서는 여전히 사용자가 직접 입력해야 하는 경우가 많아, 완전한 자동화까지는 과제가 남아 있다.

기계와 몸이 오래 함께하기 어려운 이유는

인공 장기의 가장 큰 숙제는 몸이 낯선 물질을 가만두지 않는다는 점이다. 피는 이물질에 닿으면 굳으려 하고, 면역계는 이물질을 공격하거나 둘러싸 격리하려 한다. 펌프 안에서 피가 굳으면 혈전이 생겨 뇌졸중 같은 합병증으로 이어질 수 있다. 그래서 기계식 심장 장치를 쓰는 환자는 대개 피가 굳지 않게 하는 약을 오래 먹어야 한다.

종류	대신하는 일	쓰이는 단계	큰 숙제
혈액 투석기	신장의 거르는 기능	널리 쓰임	잦은 병원 방문
심실 보조 장치	심장의 펌프 기능	널리 쓰임	혈전, 감염
인공 췌장	혈당 조절	쓰이기 시작	급격한 변화 대응
바이오프린팅 장기	조직 자체	연구 단계	혈관 만들기

전원도 문제다. 몸 안의 펌프를 돌리려면 전기가 필요하고, 지금은 대개 피부를 뚫고 나온 선으로 바깥 배터리와 연결한다. 이 통로로 세균이 들어가 감염이 생기는 일이 흔하다. 피부를 뚫지 않고 전력을 보내는 무선 충전 방식이 연구되는 이유다.

세포로 장기를 만드는 길은 어디까지 왔나

기계 대신 살아 있는 세포로 장기를 만들려는 시도도 있다. 환자 자신의 세포를 쓰면 면역 거부를 크게 줄일 수 있다. 세포를 젤에 섞어 층층이 쌓아 올리는 바이오프린팅, 줄기세포를 길러 작은 장기 모양의 덩어리를 만드는 오가노이드 기술이 대표적이다.

방광이나 기관처럼 구조가 비교적 단순한 조직은 실제 환자에게 이식된 사례가 있다. 그러나 간, 신장, 심장처럼 두껍고 복잡한 장기는 아직 멀다. 세포가 살려면 산소와 영양분을 받아야 하는데, 두꺼운 조직 깊숙한 곳까지 이를 전하려면 촘촘한 혈관망이 필요하다. 이 혈관망을 정교하게 만들어 내는 일이 가장 큰 벽으로 꼽힌다.

돼지의 장기를 사람에게 옮기는 이종 이식도 다른 갈래로 연구된다. 사람 몸이 거부 반응을 일으키는 돼지 유전자를 편집해 없애는 방식이다. 유전자를 편집한 돼지의 심장과 신장을 실제 환자에게 이식한 사례가 보고되었지만, 장기간 안정적으로 기능하는지는 아직 확인 중이다.

남은 과제

인공 장기가 원래 장기를 완전히 대신할 수 있을지는 아직 답이 나오지 않았다. 지금의 장치들은 대부분 장기의 일부 기능만 대신하고, 그 대가로 약과 관리가 따른다. 세포로 만든 장기는 면역 문제를 줄일 수 있지만 복잡한 구조와 혈관을 재현하는 데서 막혀 있다.

기증 장기가 늘 부족하다는 현실이 이 연구를 계속 밀어붙이는 힘이다. 기계와 세포 두 갈래 가운데 어느 쪽이 먼저 실용화될지, 혹은 둘이 섞인 형태가 될지는 앞으로의 연구가 정할 일이다.