수명연장의 꿈 - 장기이식수술

[늘푸른소나무]

병든 장기를 새로운 장기로 바꿔주면 건강이 회복될 것이라는 생각은 오래전부터 있었다.

기원전 2000년 이집트에 장기이식과 관련된 신화가 있고,

또 기원전 700년 인도에서도 자기 장기를 이식해 코 성형수술을 한 기록이 남아 있다.

 11세기에 치아이식이, 15세기에는 피부이식이 시도됐다.

하지만 자기 조직을 이식하는 경우를 제외하면 대부분 실패로 돌아갔다.

근대의학의 여명기라고 할 수 있는 18세기부터 의학자들은 동물 실험을 통해 이식에 관한 지식을 얻기 시작했다.

영국의 외과의사 존 헌터는 닭의 고환이나 동물의 아킬레스건을 동종끼리 이식했다.

이러한 노력이 축적돼 19세기에 들어서서는 각막이식 성공이라는 성과를 내기도 했다.

(인간의 각막이식은 1905년 최초 성공한다.)

병든 장기를 새로운 장기로 바꾸는 장기이식 수술의 역사를 살펴보자.

장기이식의 두 가지 난제

그러나 피부나 각막과 같이 단순한 조직이 아니라 체내의 장기 같은 기관을 이식하는 것은 20세기가 될 때까지 불가능했다.

이유는 크게 두 가지다.

첫째 작은 혈관이라도 막히지 않고 혈액을 통과시킬 수 있게 하는 봉합기술과 미세수술 기술의 부족했기 때문이고,

둘째 수술 후 이식한 장기가 염증을 일으키며 손상되어버리는 현상, 즉 ‘거부반응’이라는 문제 때문이었다.

가위 모양의 동맥 겸자(왼쪽), 삼각봉합법을 고안한 알렉시 카렐(오른쪽) <출처 : Wikipedia.org>

이 중 장기이식을 위해서 꼭 통과해야 할 난관이었던 혈관 봉합기술은 1910년대 해결됐다.

동맥을 자르고 이어줄 때 혈관 조직에 상처를 주지 않으면서

잠시 피가 흐르지 않도록 집어주는 가위 모양의 동맥 겸자가 등장했다.

또 미국의 의학자 알렉시 카렐(알렉시스 캐럴, Alexis Carrel, 1873~1944)이

서로 이어줄 양측 혈관 단면을 삼각형처럼 만들어 봉합하는 ‘삼각봉합법’을 고안했다.

당시 알려진 여러 봉합법은 혈관을 이은 부위에 혈전이 생기는 등의 문제가 많았다.

삼각봉합법을 쓰면 혈관을 눌러 억지로 잇지 않아도 되기 때문에 부작용이 거의 없었다.

카렐은 삼각봉합법을 고안해 동물 이식 실험을 한 공로로 1912년 노벨생리의학상을 받았다.

가장 처음 이식된 장기, 신장

혈관을 이어주는 수술 기술이 확립되자 가장 먼저 이식 수술의 대상으로 떠오른 장기는 신장이다.

무엇보다 신장은 우리 몸에 두 개가 있기 때문 장기 제공자를 얻기 쉽다.

내장의 뒤에 위치해 비교적 쉽게 떼어낼 수 있는데다, 상대적으로 긴 동맥과 정맥, 요로를 이어주면 되기 때문에

다른 장기에 비해 수술이 쉽다.

1936년 러시아의 보로노이가 처음으로 사람 사이의 신장 이식수술을 시도했다.

비록 환자는 수술 뒤 이틀 만에 사망했지만, 장기이식의 역사에서 대단히 의미 있는 일이었다.

그 뒤로 많은 의사들이 신장 이식수술에 도전하기 시작했다.

대부분의 수술이 면역거부반응을 해결하지 못해 실패로 돌아가는 동안, 극소수이지만 희망적인 결과도 있었다.

예를 들어 1947년 미국 보스턴에서 있었던 신장이식 수술이 그랬다.

독일의 의사 후프나젤은 임종 직전인 여자의 신장을 떼어 생명이 위독한 임산부에게 일시적으로 이식했다가

거부반응이 일어나기 직전에 이식한 신장을 도로 떼어냈다.

 비록 완벽한 이식은 아니었지만,

이식한 신장은 산모의 신장이 급성신부전에서 회복하는 데 필요한 3일간의 시간을 벌어줬다.

또 1950년에는 혈액형만 동일한 타인의 신장을 이식받은 터커라는 사람이 11개월이나 살아남는 기적적인 사건도 있었다.

그러나 거부반응은 여전히 장기이식에서 최대의 난관이었다.

이식에 필요한 외과적 문제들은 극복된 지 오래였지만, 거부반응은 정확한 이유조차 알 수 없었다.

마치 도저히 넘을 수 없을 장애물인 것처럼 보였다.

거부반응이 일어나는 이유

그러던 중 1954년 미국의 조지프 머리(조셉 머레이, Joseph Edward Murray, 1919~)가 일란성 쌍생아끼리의 신장이식 수술에 성공했다. 환자가 8년 뒤 심장병으로 사망하긴 했지만 이식 수술은  대성공이었다. 이로써 일란성 쌍생아끼리는 장기를 이식하더라도 거부반응이 일어나지 않는다는 사실을 확인했다. 그러나 엄밀히 말해 그의 수술은 절반의 성공이었다. 거부반응이라는 장애물을 완전히 해결한 것이 아니었기 때문이다.  그의 표현을 빌리자면 ‘거부반응 문제가 일란성 쌍생아라는 편리한 도구에 의해 잠시 우회됐을 뿐’이었다. 1960년 프랑스의 장 도세(Jean Dausset, 1916~)가 백혈구 항원이 거부반응을 좌우한다는 사실을 밝혔다. 이로써 의사들은 백혈구 항원이 비슷한 사람끼리 장기를 이식함으로써 거부반응의 확률을 줄일 수 있게 됐다. 거부반응의 원인이 우리 몸을 방어하는 수단인  ‘면역 시스템’에 있다는 사실이 밝혀지면서, 이식 수술에 면역억제제가 본격적으로 쓰이기 시작했다.  결국, 조지프 머리는 1962년 쌍생아가 아닌 타인 사이의  신장이식 수술에 성공하고 1990년 노벨생리의학상을 받는다.

대장균을 잡아 먹는 대식세포. 우리 몸을 방어하는 면역 시스템은 자신이 아닌 것을 인지해 파괴한다.

한편, 온도를 낮춰 적출한 장기를 보존하는 방법도 발전했다.

 이식할 장기를 살아 있는 사람이 아니라 죽은 지 얼마 되지 않는 사람에서 구할 수 있게 된 것이다.

1964년 프랑스 넥커 병원의 수술팀은 최초로 사체에서 떼어낸 신장을 환자에게 이식하는 데 성공했다.

면역억제제의 개발

거부반응의 원인이 면역의 문제라는 사실이 밝혀지자 면역억제제 개발이 중요한 변수가 됐다.

 역사적으로 가장 먼저 쓰인 방법은 방사선을 쬐는 것이었다.

하지만, 부작용이 심해 곧 금지됐다.

1936년 부신피질호르몬의 일종인 코르티솔이 면역반응을 억제하는 효과가 있다는 사실이 밝혀졌다.

또 1960년대부터는 퓨린 유도체인 아자티오프린이 면역억제제로 쓰이기 시작했다.

 하지만 거부반응을 완전히 억제하지 못했고 이식수술의 성공률은 매우 낮았다.

그러던 1972년 획기적인 면역억제제가 등장했다.

스위스 제약회사 산도즈의 보렐이 이끄는 연구팀이 노르웨이의 흙 속에서 발견한 곰팡이의 부산물을

 면역억제제로 개발하는 데 성공한 것이다.

강력하면서도 부작용이 적은 새 면역억제제 ‘사이클로스포린’의 탄생이다.

사이클로스포린은 당시 18%에 불과하던 간장이식 성공률을 단번에 68%로 끌어올리는 기적을 만들었다.

그 뒤로 사이클로스포린과 다른 면역억제제를 함께 쓰는 ‘칵테일요법’은

장기이식에서 가장 큰 문제였던 거부반응을 극복하게 해 줬다.

조금 과장해서 사이클로스포린 발명 이후 장기이식은 단지 외과 기술의 문제가 됐다.

장기 공여자만 있다면 심장도 간도 신장도 새로운 것으로 바꿀 수 있는 시대가 온 것이다.

장기별 최초 이식 연도. 몸 속 장기는 신장 이식을 시작으로 급속히 확대됐다.

늘어나는 환자, 부족한 장기

장기이식 기술은 또 다른 사회적 문제를 만들었다.

장기를 공급받을 사람은 넘치는데, 장기를 제공할 사람은 늘 부족하다.

그러던 중 1960년대 후반 미국 보스턴 브리검 병원에서

머리에 총을 맞아 뇌사 상태인 경찰관에서 떼어낸 간을 이식하는 ‘사건’이 있었다.

심장이 뛰고 있는 사람의 장기를 적출한 이 수술에 대해 광범위한 윤리적 논란이 일었다.

이 일을 계기로 미국 하버드대는 독자적으로 뇌사 판정에 관한 기준을 정했다.

그리고 1974년 미국 정부가 뇌사를 법률로 인정하기에 이른다.

세계 많은 나라에서 뇌사의 개념을 받아들이면서 이식에 쓰일 장기의 공급은 크게 늘어났다.

최근에는 돼지 등 동물의 장기를 인간에게 이식하는 ‘이종간이식’ 연구가 한창이다.

이종간이식에서도 가장 큰 난관은 거부반응이다.

특이 이종간이식에서는 수술이 끝난 직후 순식간에 이식된 장기가 파괴되는 ‘초급성 거부반응’이 일어난다.

과학자들은 이를 해결하기 위해 아예 초급성 거부반응을 일으키는 유전자를 제거한 돼지를 만들었다.

 장기이식은 꺼져가는 생명을 살릴 수 있는 최후의 보루다.

여러 과학자의 선구적인 연구 덕분에 최후까지 희망을 잃지 않을 수 있게 됐다.

이종간이식을 중심으로 장기이식의 미래가 어떻게 열릴지 기대해 보자.

글 이재담 / 울산대 의과대학 인문사회의학교실

자료제공 사이언스올