공상과학 영화 속 단골 소재인 ‘냉동 수면’이 현실에 한 걸음 더 다가섰다. 독일 연구진이 극저온으로 얼렸던 쥐의 뇌 조직을 생학적 손상 없이 복구하는 데 성공하며 난공불락으로 여겨졌던 뇌 보존의 새 지평을 열었다.
16일 뉴욕포스트에 따르면,독일 에를랑겐-뉘른베르크 대학교 신경학 연구팀은 최근 국제 학술지 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS)’를 통해 생쥐의 뇌 조직을 급속 냉동한 뒤, 이를 다시 해동해 생체 기능을 회복시키는 실험에 성공했다고 밝혔다. 이번 연구는 과학 전문지 ‘네이처’를 통해서도 보도되며 학계의 비상한 관심을 끌고 있다.
기존 냉동 보존 기술의 가장 큰 걸림돌은 세포 내부의 수분이었다. 조직이 얼어붙는 과정에서 물이 날카로운 얼음 결정으로 변해 세포막을 파괴하고, 신경세포 간의 미세한 연결망을 끊어버리기 때문이다. 사고와 기억, 의식의 토대가 되는 뇌의 복잡한 회로망에는 치명적인 타격이다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 ‘유리화(Vitrification)’ 기술을 도입했다. 이는 액체를 얼음 결정이 생기지 않는 유리 같은 상태로 빠르게 냉각하는 방식이다. 연구진은 학습과 기억을 담당하는 뇌 부위인 해마를 포함한 쥐의 뇌 절편을 영하 196도의 액체 질소에 급속 투입했다. 짧게는 10분에서 길게는 일주일 동안 ‘유리화’ 상태로 보존된 뇌 조직은 해동 과정에서 진가를 발휘했다.
급속 가열과 함께 특수 화학 부동액을 씻어내는 정교한 공정을 거친 결과, 현미경으로 확인한 뇌세포의 시냅스 구조는 파괴되지 않고 온전한 상태를 유지했다. 세포의 에너지원인 미세기관지 미토콘드리아 역시 정상적으로 작동했다. 특히 해동된 뉴런에 전기 자극을 가하자 신호가 전달되었으며, 학습과 기억의 핵심 기전인 ‘장기 강화(LTP)’ 현상까지 관찰됐다. 이는 냉동 상태에서도 뇌의 기능적 배선이 생존했음을 의미한다.
연구를 주도한 알렉산더 게르만 박사는 “뇌의 기능이 물리적 구조에서 비롯되는 특성이라면, 완전한 정지 상태에서 이를 어떻게 복구할 수 있을지가 관건이었다”며 이번 성과의 의의를 설명했다. 연구팀은 뇌 조직 절편을 넘어 뇌 전체를 보존하는 실험도 병행했다. 혈액-뇌 장벽(BBB)으로 인해 보호 약물 투입이 어려운 한계를 극복하기 위해 혈관을 통해 보호제를 반복 순환시키는 방식을 채택, 조직의 부종이나 탈수를 방지하는 성과를 거두었다.
다만 상용화까지는 여전히 넘어야 할 산이 많다. 해동된 뇌 조직의 활성 상태는 몇 시간에 불과했으며, 동물의 기억이 그대로 유지되었는지 혹은 개체 전체의 소생이 가능한지에 대해서는 아직 검증되지 않았다. 냉동 생물학 전문가 므리툰자이 코타리 박사는 “이번 연구는 공상과학을 과학적 가능성으로 바꾼 진전”이라면서도 “장기 전체나 인체 보존은 여전히 먼 미래의 일”이라고 선을 그었다.
이번 기술은 우주 여행보다는 당장 의료 현장에서의 활용 가치가 높을 것으로 전망된다. 뇌 조직의 손상 없이 보존이 가능해지면 뇌졸중이나 중증 외상 환자의 치료 골든타임을 벌 수 있으며, 이식용 장기의 장기 보관을 가능케 해 만성적인 장기 부족 문제를 해결하는 열쇠가 될 것으로 기대된다.
