인공장기
1. 개요
인공생물과 함께 현대 생물학의 결정판 중 하나이다. 무기질 기계 혹은 인위적으로 생산한 조직 등으로 인간의 장기를 대신하려는 연구의 산물이다. 인간의 수명을 획기적으로 늘려줄 것들로 예상된다.
장기기증의 수요는 늘어나는데, 기증자[2]가 부족해지자 나오게 된 기술이기도 하며 엄청난 실용성이 있다. 특히 생체 거부반응을 최소화할 수 있다.
또한 기술이 충분히 발달하면 부분적으로 신체를 보강하거나 아예 성능까지 개선할 수 있을 것으로 보인다.
2. 종류
2.1. 인공 치아[3]
틀니. 매우 긴 역사를 자랑한다. 외부로 드러나 있는 신체 기관이라는 점과 잇몸이라는 틀이 있기 때문에 몸에 손상을 주지 않고 만들 수 있다는 점 때문에 과거부터 사용했다. 옛날에는 나무나 해마 엄니 같은 상아로 만들었지만 음식물이 다공질인 상아류나 나무에 남아서 지속적으로 부패했기 때문에 냄새가 심했다. 현대에는 치아관리법의 발전으로 인해서 주로 노년층이 쓰는 물건이 되었다. 재질도 금, 도자기 등 다양하게 바뀌었고 치아를 턱뼈에 완전히 고정시켜 교체하는 시술인 임플란트로 발전하였다. 게다가 탈부착도 자유롭다. 틀니 자체는 인공치아 중에서는 싼편이지만 임플란트 시술은 상당히 비싸다. 하지만 크게보면 임플란트도 밑의 인공장기들보단 싼편이다.
참고로 최초의 치아 이식 중 하나는 사람의 생니를 뽑아서 망치로 박아버리거나, 금을 적당히 치아 모양으로 만든 다음에 그걸 망치로 박아버리는 단순 무식한 행위였다. 지금 시점에선 그야말로 위험한 짓이지만 만약 그런 발상이 없었다면 오늘날에 임플란트가 생겨날 수 없었을 것이다.
2.2. 인공 심장
가장 유명하고 대표적인 것은 인공심장[4]으로, 1950년대부터 연구가 시작되었다.
최초의 인공심장이 나온 건 1969년으로, Jarvik-7이란 완전 인공심장 모델이다. 다만 공기 펌프와 컨트롤러의 무게가 무려 '''188kg'''나 된다. 소형화 사례가 있긴 하지만.##
이후 많은 진보가 이루어졌으나 여전히 기계는 기계기 때문에 문제가 많다. 예를 들어 MRI는 찍으면 안된다.
현재 한국 최고의 인공심장 전문병원은 삼성서울병원으로 무려 1000건 이상의 실적이 있다 한다.# 2011년 4월 19일에 인공심장 배양[5]에 첫 성공 했다고. 그외에도 간세포로 심장 수술을 하는 사례도 나왔다. 인공심장을 이식한 사람은 전세계적으로 1만명이라고 한다.
2010년도에 휴대용 완전 인공심장[* 기존의 인공심장 장치와는 다르게 아예 심장을 대체한다.]이 나와서 임상실험중이라 한다.
다른 물건으로 심장수술할 때 쓰는 인공심폐기가 있다. 이건 특성상 폐 기능도 같이 한다.
2.3. 인공 폐
1950년대에 나온 관록을 가진 인공장기. 미국의 한 여성은 58년동안 저 인공폐를 사용했는데 정전으로 인공폐가 정지하여 사망했다.#
현재는 이것의 일종인 인공심폐기에 딸려있는 심장수술중 폐의 기능을 대신하는 "산화기"가 가장 많이 쓰이며, 최근 유명한 인공폐로는 뉴하트에도 나오는 아까 설명한 산화기의 축소판인 ECMO(에크모)[6]가 있는데, 아덴만 여명 작전시 부상당한 석해균 선장을 연명, 살려낸 바 있다.
이 기기로 사람의 생명을 7일이나 유지시킨 사례도 있다. 세계 최초의 시도였다 하며 이 환자는 7일 뒤 의식을 되찾았다.#
휴대용 인공폐도 개발중에 있다. 인공폐 바이오 렁이 개발중으로 현재 FDA(미국 식약청)의 승인을 검토중이라고 한다.(2008년도 기사) 이미지1 원본기사
아쉬운 점은, 인공심장에 비해 인공폐는 연구가 더딘 편이다.
바이오 렁 개발 회사 홈페이지
바이오렁에 대한 영문논문
2.4. 인공 췌장
당뇨병 환자들을 위한 인공 췌장도 개발중인데 현재 인슐린 분비를 담당하는 방향으로만 연구되고 있다고 한다.(제2형 당뇨의 경우 췌장이식에서 제외되기 때문에)
하지만 인체 내에서 작동하는 센서의 개발이 힘들다고 한다.사실 인공췌장은 체내에 장치하는 것 보단 인슐린펌프라는 체외 인공장기가 주류이다.쉽게 인공 장기를 주사를 통해 체외에 장착하는 것이다.복부에 장착한다.
그래서 해당 문제는 기계적 접근보다는 췌세포를 줄기세포로 유도해 내는 방식이 주목을 받고 있다. 췌장 세포는 인슐린을 만들어낼 뿐만 아니라 혈당 수준을 감지해 내는 역할까지 동시해 수행할 수 있기 때문이다. 거기다 세포이기 때문에 당연히 장기의 활동에 필요한 에너지는 혈액에서 얻어올 수 있다. 세포 유도 뿐만이 아니라 외형까지 완전히 갖춰져야 제 몫을 하는 폐, 심장, 신장과는 달리 췌장은 일단 췌세포가 몸 속에 붙어있기만 하면 그 역할은 달성이 되는 것이기 때문에 목표 달성의 허들이 낮은 편이고 그래서 "캡슐화"라는 방식으로, 쉽게 말해 췌세포를 고무 주머니 안에 넣어 혈관과 연결시킨다. 이런 방식의 캡슐화는 대부분의 발생 원인이 자가면역으로 인한 1형 당뇨병에 있어 백혈구의 침투를 막아 면역 반응이나 거부반응을 막을 수 있다는 이점도 함께 얻고 있어[7] 줄기세포가 아닌 일반 췌세포 역시 캡슐화는 유용하다 할 수 있으며 이 방면의 연구 역시 진행중에 있다. 물론 줄기세포 인공 췌장의 경우 2014년부터 임상시험 중.
2.5. 인공 망막
인공망막은 쉽게 말해 디지털 카메라의 필름을 뇌에 연결한다 보면 된다. 전기신호를 뇌로 보내는 형식으로 2011년 시점에서도 아직 시험중이다. 가격은 10만 달러(1억 1천만원)이며 수술시간이 3시간 정도 걸린다고 한다. 10년내 0.02정도의 시력을 만들고 최종적으로 0.1정도의 시력을 복원하는 것이 목표라고 한다#
2013년 FDA가 Argus2라는 인공 망막 시스템을 승인. 2013년기준으로 15만달러. 시술영상 http://eyetube.net/video/argus-2-retinal-implant/
2017년 식악처로부터 4월에 인공 망막 수입을 허가받아 국내에서 첫번째로 실행된 인공 망막 이식 수술이 성공적으로 끝났다. 비용이 2억원에 달하긴 하지만 시력을 잃은 환자들에게 새로운 희망이 될 수 있다고 한다. #
2.6. 인공 눈
[image]
선글라스의 카메라와 뇌가 연결되어 있다.
해당 방식은 아직 연구중이라서 해상도도 낮을뿐더러 흑백으로 밖에 볼 수 없다. 해상도를 높이면 시신경세포가 죽어버리기 때문에 화질을 올리기가 힘들다. 시신경세포가 완전히 죽었다면 사용할 수 없다.
[image]
이 외에도 눈을 통하지 않고 혀의 미뢰세포에 전기자극을 가하여 시각 자극을 보조하는 '브레인포트'라는 장치도 있다. 정확한 원리는 거의 알려져 있지 않으나, 뇌의 공감각 기능이 이런 방식을 가능하게 만드는 것이라고 보고 있다. 브레인포트라는 장치의 경우 일체의 인체 이식 과정 없이 선글라스 및 카메라와 혀에 갖다댈 400x400개 정도의 미세 전류를 흘려보내는 장치로 이뤄져 있다.[8] 원래는 전정 기관의 보조 장치로 시작했지만, 이와 같은 공감각 원리를 사용하여 보조장치를 만든 것으로 보인다. 중국에서 안구가 적출당한 사건을 겪은 소년이 이 장치를 사용하여 훈련을 받았다고 한다.‘안구 적출’ 中 소년 근황 공개…‘브레인포트’로 재활 중
이 경우 시신경과 눈을 거치지 않아서 뇌의 시각을 관장하는 후두엽이 제 기능을 하는 한 계속 사용할 수 있는 것으로 보인다.http://en.wikipedia.org/wiki/Brainport
2015년 기사에 따르면 미국, 캐나다, 유럽에서 상용화가 시작 되는듯하다.
정말 놀라운 관련영상
2.7. 인공 신장
신장은 매우 중요한 장기지만 자연 회복이 되지 않고 손상되는 원인 역시 많기 때문에 지속적으로 인공 장기 개발이 추진되어 왔다. 물론 신장의 세밀한 구조를 재현해내는 건 현재 기술로는 불가능에 가깝기에 투석 장치의 소형화에 초점이 맞춰져 있으며, 현재는 서류가방만한 크기까지 줄어들었다.
신장의 경우는 너무 세밀해서그런지 인공장기로 교체말고도 재생관련 연구도 많이 진행되고 있다.
2.8. 인공 창자
현재 개발 진행중에 있지 않으며 추후 개발 될 예정인 장기이다.
2.9. 인공 관절
현재는 고관절(골반)과 슬관절(무릎)의 관절을 인공 관절로 대체할 수 있다.
2.10. 인공자궁
2.11. 인공달팽이관
2.12. 기타
우리가 잘 아는 '''인공관절'''이나 백내장 수술에 쓰이는 '''인공수정체'''도 인공장기다. 그외에도'''인공신장'''이나 '''인공위'''도 개발중이다.
장기는 아니지만 '''인공혈액'''도 개발 중에 있다.[9]
아이작 아시모프의 SF소설 <이백살을 맞은 사나이>의 주인공인 안드로이드 로봇 앤드류 마틴은 인간이 되기 위해 연구를 거듭하면서 고성능 인공장기를 발명해 인류에 큰 기여를 한다. 소설을 영화화한 <바이센테니얼 맨>에서는 앤드류가 자신을 인간으로 인정해달라고 세계의회에 청원했을 때, 이에 부정적인 태도를 보인 의장에게 '제가 개발한 인공장기를 이식받으셨으니 의장님도 일부는 로봇'이라고 말해 의장이 당황하는 장면이 나오기도 한다.
아직까지는 그 어떤 인공장기도 사람의 기존 장기에 비해서는 열화판에 가깝다. 일례로 인공혈관을 이식하는 동정맥루 시술 후에는 인공혈관을 이식한 팔로는 절대 물건을 들면 안된다.(시계조차도 차면 안된다!) 인공물이기에 재생이 안 되기 때문이다. 인공관절의 경우도 보통 관절의 마찰계수가 0.0001 수준인데, 인공관절의 관절액은 0.001 수준, 당장 열배나 큰 차이가 난다. 단순히 생각해봐도 인간의 관절보다 손상강도가 '''10배'''나 큰 것. 결국 이게 마모로 이어지므로 장기의 수명과 기능의 문제로 이어진다.
인공심장판막을 이식한 경우는 판막에 혈전(피떡/혈병)이 자주 생기기 때문에 평생 항응고제를 복용해야 하며, 이는 실생활에서 지혈이 잘 안되는 등 많은 부작용이 따른다. 부작용이 심할 경우엔 격한 운동이나 피로가 쌓이거나 할 때 다리쪽에 혈액이 새어나와 피멍이 들기도 한다. 이는 관리를 더더욱 잘 해주어야 한다.
다른 인공장기를 이식한 사람이라도 기본적으로 해당 장기에 무리를 하면 안 되는데, 이는 인공장기가 원래 가지고 태어난 것이 아닌 데다가, 내구력과 복원력에서 원래의 장기를 따를 수 없기 때문이다. 평소에 건강관리를 잘하고, 사고 안 당하게 안전에 주의를 기울이는 게 최고.
게다가 인공장기는 '''대부분 매우 고가이다. 인공심장의 경우 1억 5천만원 정도에 보험 비적용이다.'''[10]
그렇지만 과학이 발달되면 이러한 문제는 해결될 것이다. 불과 100년전만 해도 인공장기란 상상도 할 수 없었던 물건이었다. 인공혈관의 경우, 미래에는 단백질 등으로 이뤄진 뼈대에 혈관세포를 심거나 스스로 혈관세포가 자라도록 유도하는 기술로 대체될 것으로 예상된다. 굴러간다는데 의의를 둬야 했던 자동차가 200여년이 지난 현재에는 음속을 돌파하는 차량이 나올 정도가 되었으니, 자연장기를 넘어서는 것도 전혀 불가능한 일은 아닐 것이다.
반면에 가까운 미래에 기계식 장기가 구현된다고 해도, 오류나 노후화로 인해 몸의 지시를 안 듣고 겉돌거나 오작동하는 문제가 생길 수도 있다. 물론 인체조직을 배양하고 맞춤형 장기를 생산하게 된다면 대부분의 문제는 해결될 것으로 보인다.
손상된 장기·피부에 붙이는 '세포 스티커' 개발
美, 세계 최초 쥐의‘생체 팔’재창조[11]
[1] 엄밀히 말해 치아는 장기는 아니다. 사전적인 의미로서 장기(臟器)는 내장의 여러 기관을 의미하므로, 치아는 장기가 아닌 신체 기관 중 하나이다.[2] 주로 뇌사자이나 건강한 사람이 신장과 같이 하나를 절제해도 괜찮은 한 쌍의 장기 둘 중 한쪽을 기증하는 경우도 있다.[3] 엄밀히 말해 치아는 장기는 아니다. 사전적인 의미로서 장기(臟器)는 내장의 여러 기관을 의미하므로, 치아는 장기가 아닌 신체 기관 중 하나이다.[4] 심장 자극기인 페이스메이커도 있다. 인공심장판막도 존재한다. [5] 정확하게는 기존 이식자의 심장의 세포들을 산성 물질 등을 이용해서 제거하여 뼈대만 남긴 후에 그 뼈대에 다시 피를 흘려 보냄으로써 이식받을 사람의 세포로 이뤄진 심장으로 바꿔치기하는 것에 가깝다. 이 경우 면역 거부 반응이 없어서 기존의 심장 이식보다 효과가 좋을 것으로 보인다.[6] 사실 이건 인공심폐기의 로터리 펌프도 딸려있으므로 심장이 제 기능을 못할 경우에도 사용한다. 심장마비 등으로 사망하는 이유가 심장이 피를 뿜지 못하여 뇌나 각종 장기 등 신체에 산소가 공급되지 못하는 것이기 때문이다. 에크모라는 기계는 피를 뽑아 혈액에 있는 노폐물, 이산화탄소를 제거하고 산소를 주입하여 다시 몸 안에 피를 넣어 강제적으로 피를 돌게 만드는 장치이다.[7] 단 이 방법도 특발성 당뇨병 즉 1B형 당뇨병에는 해당사항이 없다.[8] 먹으면 톡톡 쏘는 사탕과 느낌이 약간 비슷하다고 한다.[9] 참고로 혈액은 조직이다.[10] 출처: EBS 명의[11] 죽은 쥐의 다리에 있는 세포를 제거하여 단백질, 즉 콜라겐 조직만 남긴 후 이식받을 쥐의 세포를 단백질 조직에 이식하여 이식받을 쥐의 다리로 다시 재생시킴.