실제 의사들은 유전자 결함으로 인한 실명을 치료하기 위해 유전자 치료법을 실시한다. 바이러스를 이용해 문제의 유전자를 건강한 유전자로 바꾸는 것. 또한 식물인간 상태나 최소의식 상태에 빠진 환자를 소생시키기 위해 전기 자극을 활용한다.
이 치료법을 이용하면 3~7%에 불과한 소생률을 84%까지 높일 수 있다. 의사들은 환자의 뇌종양에서 떼어낸 종양 조직으로 백신을 만든 다음 이 백신으로 암세포를 공격하는 방법도 알아냈다. 물론 이들 치료법은 초기 단계지만 매우 혁신적이고 유망한 치료법이 될 것으로 기대되고 있다.
레버 선천성 흑내장 유전자 치료
문제 상황: 백내장이란 카메라의 렌즈에 해당하는 수정체가 뿌옇게 흐려져서 시력이 떨어지는 질환을 말한다. 눈동자의 속이 희게 보이기 때문에 이런 이름이 붙었다. 백내장은 수정체 혼탁의 위치와 정도에 따라 시력의 장애가 다양하다.
선천성과 후천성으로 구별되며, 혼탁의 진행 상태에 따라 정지성과 진행성이 있다. 선천성 백내장의 대부분은 정지성이며, 임신부가 풍진 등에 걸렸을 경우나 유전 등이 원인이 된다. 그리고 후천성 백내장의 대부분은 진행성이며, 외상·당뇨·내분비 이상 등이 원인이다.
녹내장은 안압의 병적인 상승으로 시신경이 눌려 시력이 약화되는 질환이다. 시신경은 눈으로 받아들인 빛을 뇌로 전달해 보게 하는 신경이기 때문에 여기에 장애가 생기면 시야 결손이 나타나고, 말기에는 시력을 상실하게 될 수 있다.
일반적으로 안압의 정상 값은 15~20mmHg인데, 이것이 급격히 높아지면 녹내장에 걸리게 된다. 압력의 단위인 mmHg는 토르라고 부르며, 760분의 1 기압으로 정의된다. 시력을 잃은 눈동자의 색이 푸르게 보이는데서 이런 이름이 붙었다. 그렇다면 흑내장은 무엇일까. 흑내장은 겉으로 보아서는 별다른 이상이 없어 보이지만 물체를 전혀 볼 수 없는 질환이다. 흑암시라고도 한다.
뇌졸중의 한 증세로 나타나는 일과성 흑내장은 순간적으로 눈이 보이지 않거나 커튼이 위에서 내려오는 것 같은 시력장애가 일어난다.
하지만 레버 선천성 흑내장은 선천적으로 매우 약한 시력이나 시력장애를 갖고 태어나는 것으로 RPE65라고 하는 유전자의 결함에 따른 것으로 알려져 있다. 한 마디로 레버 선천성 흑내장은 유년기 때부터 점차 시력을 잃어가다가 성인이 되면 완전 실명되는 유전성 질환이라고 할 수 있다.
혁신적 치료법: 바이러스를 이용해 문제의 유전자를 건강한 유전자로 교체한다.
현재 상황: FDA의 승인을 얻기까지 3~5년이 소요될 것으로 전망되고 있다.
타미 모어하우스는 매일 아침 시계의 알람소리가 울릴 때 눈을 뜨기가 두렵다. 지난 3년간 시력이 약화되면서 온 세상이 뿌연 갈색 안개 속에 싸인 것처럼 보이기 때문이다. 그녀는 하늘과 바다를 분간할 수 없고, 다른 사람들의 얼굴을 알아볼 수도 없다.
45살 먹은 세 아이의 어머니인 타미는 언젠가 자신이 실명할 것이라고 생각했다. 하지만 의사들이 그녀의 한쪽 눈에 새로운 유전자를 주사한 지 몇 주 후 그녀는 냉장고 문을 알아볼 수 있게 됐다. 그리고 4개월 후에는 12살 먹은 딸이 야구를 하면서 3루로 도루하는 것도 볼 수 있었다.
모어하우스의 질환은 RPE65라고 하는 유전자의 결함에 따라 선천적으로 매우 약한 시력이나 시력장애를 갖고 태어나는 레버 선천성 흑내장이다. 이 질환의 메커니즘은 이렇다.
빛을 수용해 뇌로 보내는 망막색소상피세포 근처의 광수용체 세포는 비타민 A가 필요하다. 그리고 이 비타민 A는 RPE65 유전자에 의해 만들어지는 단백질을 통해 광수용체 세포에 전달된다. 그런데 RPE65 유전자에 결함이 생기면 단백질 생성이 어려워 비타민 A를 광수용체 세포에 보낼 수 없게 된다.
대부분의 환자들은 유년기부터 시력을 잃기 시작한다. 치료를 받지 않으면 완전히 실명해 버린다. 하지만 모어하우스를 비롯해 12명의 레버 선천성 흑내장 환자들은 최근 이 질환을 치료하기 위한 필라델피아 아동병원의 임상실험을 받았다.
모어하우스를 제외한 다른 환자들의 나이는 8세부터 33세까지 다양했다. 모어하우스는 피험자 중 가장 나이가 많았고, 상태도 가장 좋지 않았다. 이들은 망막색소상피세포에 유전자 주사를 맞았다.
대부분의 피험자들은 모어하우스와 마찬가지로 온 세상이 갈색 안개 속에 싸인 것 같은 증세를 겪고 있었지만 현재까지 적어도 6명의 피험자 시력이 개선돼 법적인 실명상태를 벗어났다.
이 요법은 펜실베이니아 의과대학의 분자유전학자인 진 베넷이 20년에 걸쳐 유전적 실명 연구를 한 끝에 나온 산물이다. 베넷은 추가 연구를 통해 개발한 레버 선천성 흑내장 치료약품을 앞으로 3년 내 모든 망막 담당의사에게 보급할 계획이다.
물론 모어하우스와 같은 레버 선천성 흑내장을 갖고 태어나는 미국인은 한 해에 5명밖에 되지 않는다. 하지만 유전자 결함 치료에 중점을 둔 결과 여타 유전성 안과 질환을 치료하는 방법이 열리게 됐다.
베넷은 이렇게 말한다. "우리의 성공은 이 기술의 가능성을 말해줍니다. 우리는 이 기술을 발판삼아 더욱 많은 실명 질환들을 치료할 수 있다고 생각합니다." 앞으로 10년 내 유전자를 사용한 요법을 통해 다른 돌연변이, 즉 망막색소변성증이나 황반변성 등을 일으킨 환자들의 시력을 개선할 수 있다는 것이다.
모어하우스는 최초 임상실험에 참가한 다른 환자들처럼 한쪽 눈만 치료를 받고, 다른 한 쪽은 그대로인 상태다. 이 때문에 모어하우스는 이렇게 말한다. "욕심스러워 보일지는 몰라도 나는 의사들에게 치료 안 된 눈도 신경 써 달라고 꼭 얘기해요."
베넷과 동료들은 올 봄 좀 더 젊은 환자들을 대상으로 레버 선천성 흑내장 치료 임상실험을 하길 바라고 있다. 베넷은 또한 앞서 임상실험을 받은 12명의 환자들을 완치시키기 위한 대규모 실험예산도 신청해놓고 있다. 그녀는 예산이 빨리 승인되기를 바라고 있다. 세포가 죽으면 새로운 유전자를 투입해도 효과가 없기 때문이다. "우리 모두 시간과의 싸움을 벌이고 있습니다."
| 눈의 망막색소상피세포에 건강한 RPE65 유전자를 가진 바이러스를 주입한다. 그러면 바이러스에 의해 옮겨진 건강한 RPE65 유전자가 비타민 A를 광수용체 세포에 전달하는 단백질을 생성한다. 광수용체 세포는 빛을 수용하는 세포다. |
식물인간 상태에서의 소생
문제 상황: 일반적으로 죽음이란 생명현상이 비가역적으로 소멸된 상태라고 정의된다. 다른 말로 하면 한 유기체의 모든 세포가 사멸해 생명현상이 종식된 것을 의미한다. 여기에서 비가역적이란 주위 환경의 변화에 따라 변하지 않는 것을 말한다.
뇌사란 임상적으로 뇌 활동의 회복이 불가능하게 비가역적으로 정지된 상태를 의미하는데, 최근 뇌사를 죽음으로 인정해야 하느냐 여부를 놓고 논란을 벌였다. 의학적 관점에서 인간의 죽음에 대한 판정은 심장정지설과 뇌사설로 나눌 수 있다.
심장정지설은 인간의 가장 중요한 장기 가운데 하나인 심장의 활동이 정지한 때를 사망의 시점으로 보는 것이다. 뇌사설은 인간의 모든 기능을 제어하는 뇌, 특히 뇌간의 기능이 완전히 상실된 경우 죽음으로 본다. 그럼에도 불구하고 현실적으로는 뇌사를 죽음으로 인정하는 것에 대한 찬반양론이 혼재해 있는 상태다.
하지만 뇌사와 식물인간 상태는 전혀 다른 개념이다. 식물인간 상태는 저산소성 뇌손상을 입은 환자들이 깊은 혼수상태에 빠졌다가 지속적으로 생존하는 경우를 말한다. 정의에 따라 다르지만 대략 1~3개월 이상 식물인간 상태가 지속되면 이를 지속생물 상태라고 하며, 이 경우 의식이 회복될 가능성은 매우 낮다.
팔다리를 움직이지 못하기 때문에 스스로 자세를 바꾸지 못하고, 의사표현을 하지 못한다. 호흡은 정상이지만 스스로 기도 유지를 할 수 없다. 환자의 각성상태는 정상이고, 수면의 각성주기도 유지되며, 자발적으로 눈을 뜬다. 그렇지만 의식의 내용이 전혀 없어 주위의 자극에 대해 반응이 없다. 뇌사와 식물인간 상태가 구분돼야 하는 것처럼 식물인간 상태와 최소의식 상태도 차이가 있다. 식물인간 상태가 깨어있지만 자신과 주변에 대한 의식이 없는 것으로 정의되는 반면 최소의식 상태는 자신과 주변에 대한 의식이 있는 것으로 정의된다.
특히 최소의식 상태에 있는 환자는 건강한 사람과 동일한 통증을 느낄 수 있는 것으로 밝혀져 진통치료가 필요하다는 연구결과도 나온 상태다. 어쨌든 식물인간 상태 또는 최소의식 상태의 환자 가운데 3~7%만이 소생된다.
혁신적 치료법: 뇌에 전기요법을 가해 식물인간 상태나 최소의식 상태에서 환자를 소생시킨다.
현재 상황: 전문 클리닉에서 실시 중이다.
야구경기에서는 뜻하지 않던 사고가 자주 발생한다. 소년 야구경기의 경우는 더욱 그런데, 스티븐 도말레우스키의 사례가 대표적이다.
지난 2006년 뉴저지에 살고 있던 12세 소년 도말레우스키는 자신이 던진 공을 타자가 금속 야구방망이로 치는 과정에서 사고가 발생했다. 야구공이 도말레우스키의 가슴을 강타해 그의 심장을 멈추게 한 것. 의사는 도말레우스키에게 생명유지를 위한 장치를 연결했지만 그의 뇌에 15~20분 동안 산소공급이 중단됐다며 식물인간 상태에서 소생하지 못할 것이라고 말했다.
가족들은 금속 야구방망이 제조업자는 물론 이를 판매한 상점, 그리고 금속 야구방망이를 쓰도록 허용한 소년야구연맹을 고소했다. 금속 야구방망이 사용에 대해서는 지금껏 찬반 논쟁이 지속되고 있지만 어쨌든 도말레우스키는 사고 직후 식물인간 상태가 됐다. 하지만 신경과학자 필립 디 피나는 도말레우스키에게 자신이 개발한 전기요법을 실시해 보았다. 그러자 도말레우스키는 6주 후 거짓말처럼 다시 일어났다.
도말레우스키를 처음 진찰한 의사는 그의 소생을 요행이라고 판단했다. 하지만 디 피나는 이렇게 말한다. "우리는 이 같은 요행을 아주 많이 일으킨 것을 자랑스럽게 생각한답니다."
디 피나의 치료팀은 식물인간 상태 또는 최소의식 상태의 환자 가운데 84%를 소생시켰다. 전 세계적으로 식물인간 상태 혹은 최소의식 상태의 소생률은 3~7%에 불과한데도 말이다.
디 피나가 일하고 있는 뉴저지의 케슬러 재활병원에 실려 온 도말레우스키 같은 환자들은 단순히 생명유지를 위한 치료를 받지 않는다. 대신 뇌를 활성화하기 위한 다양한 치료를 받는다.
우선 의사들은 기분을 좋게 하는 도파민을 많이 분비시키는 흥분제를 처방한다. 또한 우울증, 불안장애, 파킨슨병을 치료하는데 쓰이는 뇌 자극 약품도 처방한다. 그리고 헤로인 중독에 따른 엔돌핀 과다로 의식이 저하된 상태를 치료하는 나칸이라는 약품도 사용한다.
그런 다음 2주 후 의사들은 환자의 양 손목에 전극을 장착한다. 이 전극은 뇌에 전기펄스를 보낸다. 이 충격으로 피가 몰리면서 뇌가 매일 작동하는데 필요한 산소와 혈당수치가 20% 높아진다.
5주차에 들어서면 환자들은 비타민, 아미노산, 허브, 미네랄 등을 처방받는다. 이는 뇌세포의 스트레스를 줄이고 정상적인 시냅스 전달을 촉진한다. 이 같은 전기요법을 통해 43명의 식물인간 상태 또는 최소의식 상태 환자들이 소생했으며, 중대한 부작용을 일으킨 환자도 없었다.
미국에는 뇌손상을 입은 참전용사들이 무려 32만 명이나 있다. 미 국방부는 최근 이들의 치료에 관심을 기울이고 있으며, 디 피나가 속한 국제 뇌 연구재단에 640만 달러를 지원해 이들의 치료법이 유효한 이유를 규명하도록 하고 있다.
하지만 무엇보다도 중요한 것은 환자들에 대한 치료다. 디 피나와 함께 일하는 펠루스는 이렇게 말한다. "우리는 우선 결과를 얻어야 합니다. 원리를 규명하는 것은 나중 문제지요."
| 전극이 환자 양 손목의 정중신경을 통해 뇌에 전기펄스를 보낸다. 정중신경이란 팔의 안쪽 한 가운데를 지나는 신경을 말하는데, 전기펄스는 척수를 거쳐 뇌의 중요한 전달중추인 시상에 보내진다. 이 같은 전기적 자극이 뇌를 흥분시키고 산소 및 혈당이 풍부한 혈액이 뇌의 인지기능, 성격, 감정을 제어하는 대뇌피질로 흘러간다. 과학자들은 이를 통해 새로운 축색돌기 성장이 자극을 받고 손상된 대뇌피질 영역 간의 연결도 회복된다고 보고 있다. |
난치성 프래자일엑스증후군 치료
문제 상황: 염색체는 세포분열을 할 때 핵 속에 나타나는 굵은 실타래 모양의 구조물로 유전물질인 DNA와 히스톤 단백질을 갖고 있다. 핵 속의 DNA를 일렬로 연결하면 길이가 2m나 된다. 이처럼 긴 DNA가 지름이 5㎛ 밖에 안 되는 핵 속에 들어있기 위해서는 이 같이 압축된 구조를 갖출 수밖에 없는 것이다.
세포분열 전기에 관찰되는 염색체는 2개의 염색분체가 붙어있는 모습이며, 가운데가 잘록하게 들어가 있다. 이 부분을 동원체라고 한다. 그리고 동원체를 중심으로 양측을 완(腕)이라고 하는데, 긴 쪽이 장완이고 짧은 쪽이 단완이다. 프래자일엑스증후군(Fragile X syndrome)은 X염색체의 장완 말단 부위가 끊어져 생기는 질환이다.
프래자일엑스증후군은 지난 1991년 밝혀진 신종 질환. 태어날 때는 정상이지만 자라면서 말과 보행이 더디어지는 증세가 나타나기 때문에 학습지진아나 저능아는 이 질환을 의심해 봐야 한다. 다운증후군보다는 발생빈도가 낮지만 유전한다. 외관상으로 나타나는 증세는 큰 귀, 길고 뾰족한 얼굴, 사춘기 이후의 거대고환 등이 대표적이다. 자폐증의 원인이 되기도 하지만 엄밀히 말하면 자폐증과는 구분된다.
남자 신생아 1,200명에 1명, 여자는 2,000명에 1명의 비율로 나타난다. 보인자는 환자보다 훨씬 많으며, 후손을 가질수록 이 질환이 나타날 확률은 높아지는 것으로 알려진 상태다.
혁신적 치료법: 뇌수용기를 억제해 뇌 활동을 정상치로 늦춘다. 수용기란 자극을 수용하는 세포를 말한다.
현재 상황: 올 가을 사람을 대상으로 제2단계 임상실험이 실시될 예정이다.
매사추세츠 공과대학의 신경과학자인 마크 베어의 실험용 쥐들은 상태가 별로 좋지 않았다. 이들은 공격성이 높았고, 학습속도가 느렸으며, 끊임없이 경기를 일으켰다. 이는 프래자일엑스증후군의 전형적인 증세다.
하지만 베어가 쥐의 뇌수용기를 조작하자 이들은 언제 그랬냐는 듯이 정상적인 행동을 보였다. 그는 이 요법을 사람에게도 적용할 계획이다.
프래자일엑스증후군은 X염색체의 장완 말단 부위가 끊어져서 생기는 질환으로 유전적 정신장애의 가장 흔한 원인이다. 이는 자폐증의 원인이 되기도 한다. 자폐증 환자들은 주차장에 있는 부모의 자동차를 식별할 수는 있어도 대부분의 일상사를 처리할 능력은 없다.
현재는 불안이나 공격성 등 눈에 띄는 증상을 치료하는 약물처방만 있을 뿐이다. 반면 베어의 치료는 프래자일엑스증후군의 물리적인 원인을 공격하는 것이다.
베어는 쥐를 연구한 결과 이 프래자일엑스증후군은 대사성 글루타민산염 수용기5(mGluR5)가 뉴런에 단백질을 생산하라는 신호를 너무 많이 보내 발생한다는 사실을 알아냈다. 단백질이 너무 많으면 뉴런은 다른 뉴런과 필요 이상으로 많이 연결된다. 한 마디로 신경의 지시를 너무 많은 뉴런에 전달, 혼란이 초래되는 것이다.
베어가 만들어낸 약물인 STX107은 뇌수용기를 억제해 프래자일엑스증후군과 관련된 단백질의 과잉생산을 막는다. 즉 정상수치로 줄여놓는 것. 그가 설립한 회사인 시사이드 테라퓨틱스는 STX107을 올 가을 환자들에게 시험할 계획이다. 쥐에게 실험한 만큼 효과가 좋다면 앞으로 프래자일엑스증후군은 물론 자폐증을 치료할 발판이 되어줄 것이다.
| 프래자일엑스증후군이 발생하면 뉴런에 단백질의 과잉생산을 유도하는 mGluR5의 신호를 줄이기 어렵다. 이에 따라 STX107은 이 뇌수용기를 억제해 뉴런에 단백질을 생산하라는 신호를 줄인다. 이를 통해 단백질 생산량을 정상치로 만드는 것이다. |
종양 백신 이용한 뇌종양 치료
| 1. 교모세포종의 종양 조직(분홍색)을 안전하게 제거한다. 2. 종양 조직에서 단백질(청색, 보라색)을 분리해 내 백신을 만든다. 3. 환자에게 백신을 주입한다. 항원전달세포(밝은 청색)가 백신의 단백질을 T세포(오렌지색)에 전달한다. 항원전달세포란 항원을 분해해 그 조직을 T세포에 전달하는 것을 말한다. 4. T세포가 백신의 단백질과 일치하는 단백질을 가진 암세포를 발견해 파괴하고, 건강한 세포(녹색)는 살려둔다. |
문제 상황: 두개골 안쪽에 발생하는 종양을 통틀어 뇌종양이라고 하며, 뇌 자체에서 발생하는 종양은 물론 수막(뇌막), 뇌혈관, 뇌하수체, 뇌신경 등에서 발생하는 종양도 포함시켜 모두 뇌종양이라고 한다. 또한 처음부터 두개골 내에서 발생하는 것을 원발성 뇌종양이라고 하고, 뇌 이외의 장기나 기관에서 발생해 두개골 내로 전이된 것을 전이성 뇌종양이라고 한다.
종양이 급격하게 증식하지도 않고, 전이하지도 않으며, 완전히 적출하면 완치되는 것을 양성 뇌종양이라고 한다. 반면 악성 뇌종양은 급격히 증식해 주위에 퍼지고, 뇌 조직을 파괴하며, 뇌의 다른 부위로 전이하는 경향이 있다. 또한 종양을 완전히 적출하기도 어렵고, 완전히 적출할 수 있다고 해도 재발한다. 매년 1만2,000명의 미국인이 악성 뇌종양으로 죽는다.
혁신적 치료법: 환자에게 백신을 주입해 면역세포가 뇌종양의 암세포를 공격하게 한다.
현재 상황: 제2단계 임상실험에 돌입한 상태다.
교모세포종 진단은 사형선고나 다름없다. 성인에게서 발생하는 뇌종양의 4분의 1을 차지할 정도로 흔하지만 어떤 치료에도 불구하고 평균 생존기간이 1년을 넘지 않는 악성 뇌종양이다.
신경교세포에서 기원하는 교모세포종은 주위의 뇌 조직으로 빠르게 전이되기 때문에 방사선 검사나 수술 때 육안으로 관찰되는 것보다 훨씬 멀리 퍼져있는 경우가 많다.
신경교세포란 뇌와 척수 내부에서 신경세포에 필요한 물질을 공급하고, 신경세포의 활동에 적합한 화학적 환경을 조성하는 기능을 하는 것이다. 한 마디로 신경세포가 신경조직의 본질적인 기능을 담당한다면 신경교세포는 혈관과 신경세포 사이에 위치해 영양공급, 노폐물 제거 등의 역할을 담당한다.
일반적으로 신경외과 의사는 뇌종양 대부분을 제거하고 화학 및 방사능 요법을 처방할 수 있지만 그래도 뇌종양은 자란다. 아무리 운이 좋아도 5년밖에 더 살지 못하며, 대부분은 수개월 이내에 죽는다.
샌프란시스코 캘리포니아 대학의 신경외과 의사인 앤드류 파사는 이들 뇌종양 환자의 생명을 수년은 더 연장시킬 수 있는 새로운 치료법을 개발했다. 물론 파사의 접근방식은 이전에도 흔히 있었던 것이다. 그는 환자의 종양 조직을 이용해 만든 백신을 통해 극도로 공격적이고 끈질긴 뇌종양을 물리치려 하고 있다.
메커니즘은 이렇다. 우선 뇌종양을 제거한다. 그 다음 종양 조직에서 단백질을 분리해 내 백신을 만들어 4주간 주사한다.
이렇게 하면 환자의 면역세포인 T세포가 백신 속의 단백질과 일치하는 단백질을 가진 뇌종양의 암세포를 보이는 대로 공격하게 된다.
지난 2008년 실시된 파사의 첫 연구에서 12명의 환자들에게 백신을 접종했는데, 이들은 뇌종양이 재발했다는 판정을 받고도 다른 환자들보다 평균 10개월을 더 살았다. 파사는 또한 지난해 11월 교모세포종 진단을 받은 10명의 환자를 대상으로 새로운 연구를 시작했다.
이들 환자 역시 백신의 효과가 있다는 신호인 면역반응을 보이기 시작했다. 최선을 다해 질환을 치료하면 환자들의 수명을 연장시킬 수 있다. 파사는 이렇게 말한다. "우리는 끔찍한 악성 뇌종양을 통제 가능한 만성질환으로 바꿔놓았습니다."
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