글: 유리 피추긴 박사

크라이오닉스 연구소에서 보낸 네 번째 연구 연도에 나는 170건의 실험을 수행할 수 있었다. 연구는 다음과 같은 방향으로 진행했다.

1. 혈액 세척액과 관류액의 개선

미시간주 밖의 장례지도사들이 안정적인 혈액 세척액 농축액을 사용할 수 있도록 혈액 세척액의 완충제를 변경했다.

유리화 혼합액 1(VM-1)을 위한 기초 용액을 개발했다. 이 용액으로 제조한 70% VM-1은 0°C와 −20°C에서 1년 동안 침전물을 형성하지 않았다.

뇌에 유리화 혼합액이 더 빨리 침투하도록 하고 뇌가 유리화될 가능성을 높이기 위해 65% 대신 70% VM-1을 사용했다.

혈액뇌장벽(BBB)을 여는 데 더 효과적인 물질로 물질 A 대신 물질 B를 사용했다. 쥐의 혈액뇌장벽을 완전히 열어 탈수 없이 VM-1을 뇌에 충분히 침투시킬 수 있는 물질 B의 농도를 찾아냈다. 그러나 머리에서 뇌를 제외한 조직에는 심한 부종이 관찰되었다. 실제 환자에서는 이로 인해 경우에 따라 유리화 혼합액이 뇌에 침투하는 정도가 나빠질 수 있다. 따라서 현재로서는 CI 환자의 관류에 이러한 화합물을 사용하도록 권장하지 않았다. 이 주제에 관한 실험을 더 수행해야 한다. 과거의 일부 실험에서 심한 뇌 탈수가 뇌 조직 생존율을 30% 낮출 수 있음이 나타났으므로, 이 주제는 우선 연구 과제 중 하나다.

65% VM-1이 완전히 침투한 쥐의 뇌 조직은 드라이아이스 온도(−76°C)에서 최소 48시간 보관해도 저온보존 후의 생존 능력이 감소하지 않는다. 따라서 크라이오닉스 연구소(CI)는 예를 들어 65% VM-1을 충분히 침투시킨 환자를 영국에서 미국까지 48시간 동안 드라이아이스 상태로 운송할 수 있다. 그러나 CI와 알코어 모두 사람의 뇌 전체에 유리화 혼합액이 완전히 침투했는지 확인할 신뢰할 만한 방법은 없다.

CI의 유리화 방법은 개 두 마리와 최근의 CI 69번째 환자에게 적용되었다.

2. CI에서 먼 지역으로부터 12~24시간 운송하는 동안 환자의 뇌를 보존하는 문제

유리화 혼합액을 환자의 뇌에 관류하는 절차는 글리세롤 관류보다 복잡하므로 CI에서만 수행할 수 있다.

2.1 스다 박사의 실험. 스다 박사의 실험에 따르면 뇌 조직은 −20°C에서 오랫동안, 아마도 수개월 동안 보존될 수 있다. 그러나 이후 40년 동안 다른 과학자 중 누구도 그 실험을 재현하지 못했다! 과학자들은 뇌보다 저온 보관과 동결에 더 잘 견디는 다른 장기에서도 스다 박사의 성과를 재현하지 못했다. 이는 중요한 점이다. 이식용 장기 보존은 수백만 달러 규모의 사업이므로, 많은 과학자가 다른 장기에서 스다 박사의 성과를 재현하려 했을 것이라고 나는 생각한다. 쥐의 뇌 조직으로 스다 박사의 실험을 재현하려 한 나의 시도도 성공하지 못했다. 가장 좋은 결과조차 쥐의 뇌 조직 생존율이 20%에 불과했다. 아마 이 정도의 뇌 조직 생존율만으로도 스다 박사가 기록한 것과 비슷한 생체전기 활동이 나타날 수는 있다.

2.2 세키 박사의 실험. 이 실험은 스다 박사의 실험보다 과학자들에게 훨씬 덜 알려져 있다. 세키 박사가 1999년 12월 학술지 Cryobiology에 실험을 간략히 알리는 글만 발표했기 때문이다. 그는 몸에서 분리한 쥐의 심장을 10~26일 동안 보존하고 다시 살릴 수 있다고 썼다! 다른 과학자들은 쥐의 심장을 4°C에서 6~8시간밖에 보존하지 못한다. 그 이후 이 주제에 관해 세키 박사나 다른 과학자가 발표한 논문은 없었다.

세키 박사는 쥐의 심장을 어느 정도 탈수시켜 비수성 매질에 보관했다. 나도 쥐의 뇌를 어느 정도 탈수시켜 저온 보관 결과를 개선하고자 몇 가지 화합물을 사용해 보았다. 그러나 긍정적인 효과는 없었다.

3. 쥐 뇌 조직의 온허혈과 냉허혈 연구

이 주제에 관해 수행한 실험 중 가장 흥미로운 자료를 제시한다.

23°C에서 온허혈 상태로 1시간이 지난 뒤 뇌 절편의 생존 능력은 대조군의 85%였다. 온허혈 2시간 후에는 72%, 따뜻한 온도에 3시간 노출된 뒤에는 50%에 불과했다.

온허혈 없이 4°C에서 냉허혈 상태로 3시간이 지난 뒤 뇌 절편의 생존 능력은 대조군의 80%였다. 냉허혈 6시간 후에는 74%, 12시간 후에는 59%, 18시간 후에는 50%, 24시간 후에는 43%였고, 48시간 동안 차가운 온도에 노출된 뒤에는 0%였다. 뇌 조직의 생존 능력이 절반으로 떨어지는 데 온허혈에서는 3시간, 냉허혈에서는 18시간이 걸렸다. 따라서 온허혈은 뇌 조직에 냉허혈보다 6배 더 해롭다!

온허혈 10분과 냉허혈 6시간이 결합되었을 때 뇌 조직 생존율은 63%였다. 온허혈 1시간과 냉허혈 23시간이 결합되었을 때는 32%였다.

또 하나의 중요한 문제는 냉허혈이 12~24시간 진행된 장기에 유리화 혼합액을 관류했을 때의 관류 품질이다. 이와 관련해 흥미롭고 긍정적인 사실을 발견했다. 냉허혈이 12시간 진행된 CI 69번째 환자의 머리는 같은 시간 냉허혈이 진행된 쥐 머리보다 훨씬 잘 관류되었다. 쥐 머리에는 유리화 혼합액 관류 중 매우 심한 부종이 생겼지만, 환자의 머리에는 부종이 없었다.

4. 쥐의 뇌 조직을 이용한 장기 보존액 시험

이식용 장기를 몸 밖에서 보존할 수 있는 시간은 장기에 따라 다르다. 심장·폐는 4~5시간, 심장은 6~8시간, 폐는 12시간, 간은 12~24시간, 신장은 48~72시간이다. 뇌는 이식에 사용되지 않으므로 관련 정보가 없다. 하지만 뇌 조직이 여러 유해 요인에 가장 민감한 조직이라는 사실은 잘 알려져 있다.

나는 흔히 사용되는 장기 보존액을 시험했다. 여기에는 비아스판(Viaspan, 위스콘신대학교 장기 보존액), RPS-2와 그 변형액(Renal Preservation Solution), MHP-2(만니톨·하이드록시에틸전분 관류액; 알코어의 M. 다윈 외 연구진), 레나솔 H(Renasol H, 하이드록시에틸전분을 함유한 신장 보존액; 21 CM의 파히 박사 외 연구진), 교토대학교의 새로운 장기 보존액 (F. 첸 외 연구진, 일본, 2004년)이 포함된다. 이 용액들을 관류한 쥐의 뇌를 4°C에서 12시간 또는 24시간 보관했을 때, 아무 처리도 하지 않은 대조군 쥐의 뇌와 비교해 긍정적인 결과를 보인 용액은 하나도 없었다.

5. 장시간 냉허혈의 부정적 영향을 줄이기 위한 화합물 시험

2005년 6월호 Scientific American은 황화수소 가스(H₂S)를 이용한 생쥐의 ‘가사 상태(Suspended Animation)’에 관해 보도했다. 일부 크라이오닉스 관계자는 황화수소가 냉허혈을 막는 장기 보존액의 훌륭한 첨가제가 될 수 있지 않느냐고 물었다. 이 보도가 나오기 훨씬 전부터 CI 회장 벤 베스트도 뇌 조직의 12~24시간 저온 보관 결과를 개선하라고 내게 긴급히 요구했다. 나는 200mg/L부터 2mg/L까지 여러 농도의 차가운 H₂S 용액을 쥐의 뇌에 관류하고, 2~4°C에서 24시간 보관하며 시험했다. H₂S는 대조군과 비교해 긍정적인 효과를 보이지 않았다.

쥐의 뇌에서 24시간, 12시간 및 6시간의 냉허혈이 미치는 부정적 영향을 줄이기 위해 트레할로스, N-아세틸시스테인 (원문 표기: N-acetylcystane), 데페록사민도 시험했다. 그러나 긍정적인 결과는 없었다.

나는 어떤 화합물이 예를 들어 온허혈 10분의 부정적인 영향은 막을 수 있지만 20분의 영향은 막을 수 없다고 저자들이 설명한 많은 과학 논문의 초록을 읽었다. 나는 쥐의 뇌를 3시간 저온 보관하는 실험을 진행했다. H₂S와 데페록사민은 쥐의 뇌를 3시간 저온 보관했을 때 아주 작은 긍정적 효과를 보였다. 그러나 먼 지역에서 CI로 환자를 운송하려면 뇌 조직의 12~24시간 저온 보관 결과를 개선해야 한다.

온허혈과 냉허혈 문제에 대한 한 가지 해결책은 CI의 잠재적 환자가 CI에서 가까운 지역으로 옮겨, 허혈을 겪지 않고 최상의 크라이오닉스 서비스를 받는 것이다.

나는 CI의 유리화 방법을 추가로 개선하기 위해 지난해 세운 중요한 계획 중 일부를 수행하지 못했다. CI 회장 벤 베스트가 뇌 조직의 12시간, 24시간, 36시간 저온 보관 결과를 개선하기 위한 실험을 긴급히 요구해 이를 진행하려 했기 때문이다. 무엇보다 먼저 환자의 머리를 −25°C에서 유리화 혼합액으로 관류하고, 혈관을 통해 가능한 한 빨리 −40°C 또는 −60°C까지 냉각하는 방법을 개발하고 싶다. 뇌 조직 생존율은 노출 시간과 온도에 크게 좌우되기 때문이다. 또한 혈액뇌장벽을 여는 화합물을 사용할지 결정하기 위해, 뇌 탈수가 뇌 조직 생존율에 미치는 영향에 관한 연구도 마치고 싶다.