CI 연구 보고서: 2004
혈액뇌장벽과 전뇌 유리화 관류에 관한 연구크라이오닉스 연구소에서 보낸 세 번째 연구 연도에 나는 112건의 실험을 수행할 수 있었다.
2003년에 나는 쥐의 해마 절편에 가장 적합한 유리화 방법을 개발했다. 이 새로운 방법을 사용하면 뇌 절편을 −130°C까지 서서히 냉각한 뒤에도 평균적으로 세포의 85%를 보존할 수 있다. 그러나 이 방법을 뇌 전체에 적용하려 하자, 동결보호제를 관류하는 동안 뇌가 심하게 탈수된다는 큰 장애물에 부딪혔다. 뇌의 부피는 원래 부피의 40~60%가 줄어들었고, 매우 오랫동안 관류해도 회복되지 않았다. 뇌의 과도한 탈수는 손상을 일으키는 요인이었다. 이 문제의 원인은 혈액뇌장벽이 동결보호제를 거의 통과시키지 않는다는 점이었다. 내가 연구하기 전까지 과학계에서는 이 문제를 해결하지 못했다. 얇은 뇌 절편은 단순한 확산만으로도 유리화 혼합액을 충분히 흡수할 수 있었으므로 이런 문제가 없었다.
나는 고농도의 동결보호제가 통과할 수 있도록 혈액뇌장벽을 완전히 열어 주는 화합물을 발견한 세계 최초의 연구자인 것으로 보인다. 이제는 뇌를 탈수시키지 않고 뇌 전체에 유리화 혼합액을 충분히 침투시킬 수 있다. 이는 과학과 크라이오닉스 기술에 중요한 발견이다. 혈액뇌장벽을 연 상태에서 성체 쥐의 뇌에 40% 에틸렌글리콜을 관류했을 때 세포 생존율은 거의 100%였다. 반면 같은 실험 조건에서 장벽을 열지 않았을 때는 세포 생존율이 30%에 불과했다. 큰 차이다!
나는 장례식장의 실제 조건에서 가까운 미래에 CI 환자에게 사용할 수 있도록 새로운 유리화 방법을 조정하려 했다. 뇌 절편의 경우, 가장 우수한 유리화 혼합액을 −25°C에서 최적 시간인 15분 동안 침투시켰을 때 가장 좋은 결과를 얻었다. 뇌 조직의 생존율은 노출 시간과 온도에 크게 좌우되었다. 하지만 장례지도사는 환자 관류에 −25°C를 사용할 수 없고 0°C만 사용할 수 있다. 쥐의 뇌 전체에 65% 유리화 혼합액을 최적 시간 동안 관류할 때 −25°C 대신 0°C를 사용하자 평균 세포 생존율은 45%에 그쳤다. 노출 온도가 0°C인 상태에서 노출 시간을 15분 대신 30분으로 늘리면 평균 세포 생존율은 26%에 그친다. 환자의 뇌 전체에 유리화 혼합액을 완전히 침투시키는 데는 보통 최적 시간보다 더 오래 걸릴 것이며, 이 역시 조직 생존율을 낮출 것이다.
나는 온허혈이 쥐의 뇌 절편 생존 능력에 미치는 영향도 연구했다. 쥐가 죽은 뒤 22°C에서 각각 10분, 30분, 60분 동안 노출시킨 다음, 0°C의 냉장고에 8시간 동안 보관했다. 온허혈 시간이 10분일 때 뇌 절편의 생존율은 95%였다. 30분일 때는 60%, 60분 동안 따뜻한 온도에 노출되었을 때는 40%에 불과했다. 온허혈은 냉허혈보다 훨씬 더 해로운 요인이다. 실제 환자에게서 나타날 수 있는 일반적인 사후 경과 시간은 온허혈 60분과 냉허혈 8~12시간일 수 있다. 이러한 실제 사후 경과 시간을 반영한 실험에서, 쥐 머리에 최상의 유리화 혼합액을 0°C에서 관류한 뒤 K/Na 비율 측정법으로 평가한 뇌 조직 생존율은 7%에 불과했다.
K/Na 비율 측정법은 세포와 조직의 생존 능력을 평가하는 매우 신뢰할 만한 검사다. 이 평가 방법을 사용하지 않고서는 크라이오닉스 연구의 발전도 불가능하다. 그러나 매우 민감한 기능적 K/Na 비율 측정법이 일부 경우에는 제대로 작동하지 않으므로, 광학현미경과 전자현미경 같은 구조적·형태학적 평가 방법도 사용해야 한다. 다만 이러한 형태학적 평가 방법은 K/Na 검사보다 비용이 훨씬 많이 들고 절차가 복잡하며, 이용하기 어렵고 결과도 덜 명확하다. 우리는 이미 플로리다와 캐나다의 연구실에서 광학현미경 및 전자현미경 검사 결과 일부를 받았지만, 이 분야에는 아직 몇 가지 문제가 있다. 더 명확한 결과를 얻기 위해 이 연구를 계속할 것이다.
실제 환자에게 유리화 혼합액이나 글리세롤을 적절하게 관류하는 것은 크라이오닉스에서 가장 어려운 문제다. 대부분 환자의 심혈관계 상태가 좋지 않고 다른 원인도 있기 때문이다. 특히 환자의 신체 전체에서는 더욱 그렇다. 현재로서는 환자의 신체에 유리화 혼합액을 충분히 침투시켜 전체를 균일하고 안정적으로 유리화하는 것이 불가능하다. 이것이 알코어가 환자의 신체 유리화를 제공하지 않는 이유다. 나는 크라이오닉스 연구소도 현재는 신체 유리화를 시도하기보다, 이전 방법보다 개선된 결과를 낼 수 있는 다른 동결보호제를 사용해야 한다고 생각한다. 환자 머리의 관류에 필요한 모든 용액의 비용은 약 50달러에 불과할 것이다. 머리 관류에는 약 2시간이 걸릴 것이다.
환자마다 상황이 다르므로, 일정한 표준량의 유리화 혼합액을 사용해 균일하고 안정적인 유리화를 얻을 수 있는 표준적인 사례는 없을 것이다. 양 머리를 이용한 나의 실험은 매번 뇌가 충분히 포화되었는지 확인해야 한다는 점을 보여 주었다. 이를 위해 나는 두개골에 작은 천공을 만들고 그 구멍에서 나온 액체의 굴절률을 측정해, 안정적인 유리화를 이룰 만큼 유리화 혼합액이 뇌 전체에 충분히 침투했는지 알아보려 했다. 이 연구는 아직 진행 중이다. 크라이오닉스 연구소가 CI 회원에게 유리화 방법을 제공한다고 공식 발표하기 전에, CI 환자에게 이 방법을 시험해 볼 수 있다면 우리에게 매우 유익할 것이다.
나는 유리화 방법을 추가로 개선할 계획도 세웠다. 환자의 머리를 −25°C에서 유리화 관류할 수 있도록 냉각실을 설계하고 제작할 것이다. 혈관을 통해 환자의 머리를 더 빠르게 냉각하는 절차도 개발할 것이다. 또한 환자의 뇌에 균열이 생기지 않도록, −130°C에서 액체질소 온도까지 매우 느린 속도로 환자를 균일하게 냉각할 수 있는 더욱 완전하고 신뢰성 높은 단열 용기의 설계와 제작을 제안할 것이다.
나는 과학 학술지에 발표하고 싶은 실험 자료를 많이 가지고 있다. 그러나 특허를 출원할지 여부를 결정해야 하므로 지금은 발표할 수 없을지도 모른다. 어떤 경우든 여러 연구실과 뇌 조직 은행에 동물의 뇌 절편 및 뇌 전체의 저온보존 분야에서 우리가 이룬 성과를 보여 주고 싶다. 또한 알코어에 쥐를 이용해 CI의 유리화 방법과 알코어의 유리화 방법을 비교해 보자고 제안하고 싶다.