인공 태반: 미숙아를 위한 새로운 생명선?

인공 태반과 자궁이 미숙아의 생명을 구할 수 있지만, 인체 실험을 시작하기 전에 어떤 윤리적 고려사항을 해결해야 할까?

나쁜 공상과학 영화에서 곧장 튀어나온 줄거리처럼 들립니다. 인간 아기를 어머니의 자궁에서 꺼내 액체로 가득 찬 꼬투리 안에서 키운다는 것입니다. 하지만 미국 펜실베이니아주 필라델피아 소아 병원 (CHOP)의 과학자들이 극도의 조산 위험이 있는 영아를 위해 제안한 것이 바로 그것입니다.

그들은 "인공 자궁" 또는 신생아 발달을 위한 자궁 외 환경 (Extend)이라고 부르는 것을 개발하고 있습니다. Extend는 태아를 임신에서 출생까지 키우는 것이 목적이 아닙니다. 그것이 바람직하다고 하더라도 불가능합니다. 대신, 그것은 평생 동안 수많은 건강 문제에 직면하게 되는 극히 조산아의 생존율을 높이는 데 도움이 되도록 의도되었습니다.

일반적으로 건강한 임신은 약 40주 동안 지속되며, 아기는 37주에 만삭으로 간주됩니다. 그러나 때때로 임신 중 합병증이 발생하여 아기가 일찍 분만해야 할 수도 있습니다. 

다행히도, 지난 수십 년 동안 신생아 의학이 크게 발전한 덕분에 대부분의 조산아가 살아남고 합병증이 거의 없이 퇴원합니다. 가장 최근의 데이터에 따르면, 22주 임신 환자의 30% 도 집중 치료를 받으면 살아남는 것으로 나타났습니다. 

22주경에 태어난 아기들은 엄청난 어려움에 직면하고 24시간 집중 치료를 받아야 합니다. (출처: Getty Images)

캔자스 시티에 있는 어린이 병원 의 신생아과 의사인 스테파니 쿠코라는 "솔직히 말해서 28주차, 심지어 27주차 아기도 전반적으로 매우 좋은 성적을 거두고 있습니다."라고 말합니다 .

"22주에서 23주에 태어난 아기의 경우 결과가 너무 심각해서 그들이 얻는 삶의 질이 허용 가능한지 확신할 수 없습니다."

생존 가능성의 정점에 태어난 아기는 종종 심각한 건강 문제에 직면합니다. 이 영아는 출생 시 체중이 2파운드(900g) 미만이며 심장, 폐, 소화 기관, 뇌와 같은 중요한 장기는 아직 집중적인 의료 치료 없이는 아기를 살릴 만큼 충분히 발달되지 않았습니다.

자주 발생하는 단기 합병증으로는 괴사성 장염(NEC )이 있는데, 이는 장(창자)의 조직이 염증을 일으키고 죽기 시작하는 심각한 질병입니다. 이 연령대의 유아는 또한 감염, 패혈증 및 패혈성 쇼크(폐, 신장, 간 및 기타 장기를 손상시킬 수 있는 생명을 위협하는 혈압 강하)에 매우 취약합니다. 

한편, 매우 미숙아에게 영향을 미칠 수 있는 장기적인 문제로는 뇌성마비, 중증에서 중증의 학습 장애, 시력 및 청력 문제, 천식 등이 있습니다.

아기의 생명을 구하기 위해 고안된 산소 공급 및 인공호흡 기술조차도 아기의 연약한 폐에 해를 끼칠 수 있습니다 .

미시간 대학교 CS Mott 소아병원의 외과 및 산부인과 교수인 조지 마이칼리스카는 "그렇게 이른 임신 기간에는 폐가 아직 발달 중이기 때문에 폐는 체액으로 채워져야 합니다."라고 말합니다 .

"하지만 그들이 매우 조산아로 태어났을 때, 우리는 기관 내 튜브를 기관에 넣고, 높은 압력과 긴장으로 공기와 산소를 그들의 폐로 강제로 주입합니다. 이것이 부상을 입힌다는 것은 잘 알려진 사실입니다." 

시간이 지나면서 부상은 폐의 흉터와 기관지폐형성 이상증 또는 만성 폐질환으로 알려진 상태로 이어집니다. 어린이는 종종 장기간 산소 지원이 필요한 상태로 병원을 떠나고 남은 인생 동안 기계적 환기가 필요합니다. 환기는 또한 망막 실명의 위험을 높일 수 있습니다. 눈의 망막에 영양을 공급하는 혈관은 출생 직전까지 완전히 형성되지 않습니다. 산소가 너무 많으면 새롭고 비정상적인 혈관이 자라서 궁극적으로 망막 박리로 이어질 수 있습니다.

인공 자궁과 태반의 기본 아이디어는 폐를 방정식에서 완전히 제외하여 아기가 첫 숨을 쉴 준비가 될 때까지 태아가 안전한 환경에서 계속 발달할 수 있는 시간을 주는 것입니다.

태아가 자궁 속에서 둘러싸고 있는 태반을 모방하면 의료 장비로 인해 발달 중인 폐가 손상되는 것을 예방할 수 있다(출처: 게티 이미지)

이 기술을 연구하는 주요 그룹은 세 개입니다. 세 그룹 모두 체외막산소화(ECMO)라는 기존 치료법에서 영감을 얻었습니다. ECMO는 폐와 심장이 제대로 기능하지 않는 사람을 도울 수 있는 인공 생명 유지 장치입니다. Ecmo에서는 혈액을 환자의 몸 밖으로 펌핑하여 이산화탄소를 제거하고 산소를 추가하는 기계로 보냅니다. 산소가 공급된 혈액은 신체의 조직으로 다시 보내집니다.

이 방법은 혈액이 심장과 폐를 "우회"하여 이러한 장기가 쉬고 치유되도록 합니다. Ecmo는 나이 많은 아기에게 사용할 수 있지만, 매우 미숙한 영아에게는 적합하지 않습니다. 세 팀 모두 이 기술을 소형화하고 적용하려고 노력하고 있습니다.

그러나 개발 중인 다양한 장치 사이에는 미묘한 차이가 있습니다.

태아 외과의사 앨런 플레이크가 이끄는 CHOP의 과학자들은 조산아를 자궁의 양수를 모방하도록 설계된 액체로 가득 찬 포드에 담그는 것을 계획하고 있습니다. 그런 다음 외과의는 아기의 탯줄의 작은 혈관을 Ecmo와 같은 장치에 연결합니다. 혈액은 자연에서와 마찬가지로 태아의 심장을 사용하여 시스템 주변으로 펌핑됩니다.

2017년에 플레이크와 그의 동료들은 23~24주 된 인간 태아와 같은 임신 주령의 미숙 양 8마리를 데려와 인공 자궁을 사용하여 4주 동안 살려 두었습니다. 이 기간 동안 양들은 정상적으로 발달하는 듯했고, 심지어 양털도 자랐습니다.

반면 미시간 대학의 조지 마이칼리스카 팀은 인공 태반이라고 부르는 것을 개발하고 있습니다. 태아 전체를 체액에 담그는 대신, 그들은 호흡관을 사용하여 유아의 폐를 특별히 개발된 체액으로 채울 계획입니다. 그들의 시스템은 전통적인 Ecmo 기계와 유사하게 경정맥을 통해 심장에서 혈액을 배출하지만, 산소가 공급된 혈액은 제대정맥을 통해 반환합니다.

마이칼리스카는 "대부분의 아기가 쉽게 이용할 수 있고, 기존 신생아 중환자실에서도 사용할 수 있는 플랫폼을 원했습니다."라고 말합니다.

"이 기술은 태반의 수많은 기능을 대체하기 위한 것이 아닙니다. 가스 교환에 초점을 맞추고, 미숙아 기관이 보호되고 계속 발달하는 동안 혈압, 심박수, 태아 순환을 유지합니다."

최근 인공 태반 실험 에서 , 기계에 유지된 미숙 양들은 안전하게 기계적 인공호흡으로 옮겨지기 전까지 16일 동안 생존했습니다. 이 기간 동안 그들의 폐, 뇌 및 기타 장기는 계속 잘 발달했습니다.

어린이는 장기간 산소 지원을 필요로 하는 상태로 병원을 떠나 평생 기계적 인공호흡을 필요로 할 수 있습니다(출처: Getty Images)

세 번째 그룹은 호주와 일본의 팀으로,  ex vivo uterine environment (Eve) therapy 라는 인공 자궁을 개발하고 있습니다 . 다른 두 그룹보다 더 많은 조산아와 병든 태아를 치료하는 것을 목표로 합니다.

싱가포르 국립대학교 산부인과 교수이자 Eve를 이끄는 Matt Kemp는 "우리는 지금 500g의 [양] 태아를 한 번에 2주 동안 광범위하게 정상적인 생리학적 상태로 유지할 수 있는 단계에 도달했습니다."라고 말했습니다 .

"꽤나 훌륭한 업적이지만 반면에 이 태아의 성장은 비정상적입니다."

인공 태반/자궁을 사용하여 수행된 대부분의 시험은 그렇지 않으면 건강하고 방해받지 않았다면 임신 기간까지 살았을 양 태아에 관한 것입니다. 문제는 극히 조산아는 종종 산모나 태아 자체에서 발생하는 건강 합병증으로 인해 일찍 태어난다는 것입니다. 따라서 치료하기가 더 어렵습니다.

"우리가 상당히 손상된 태아를 대상으로 한 한 실험에서, 이런 동물들은 관리하기가 훨씬 더 어려웠습니다."라고 켐프는 말합니다.

"그들의 성장은 훨씬 더 나쁘고, 그들의 혈압과 혈류는 정상을 유지하는 것이 훨씬, 훨씬 더 어렵습니다. 그래서, 그것은 – 예, 우리는 좋은 진전을 이루고 있지만, 우리는 알아내야 할 것이 많습니다." 

그렇다면 병원에서 인공 태반과 자궁을 볼 수 있는 시기는 언제일까요? CHOP는 아마도 개발 파이프라인에서 가장 앞서 있을 것입니다. 이 팀은 최근 미국 식품의약국 (FDA)에 Extend의 ​​인체 실험을 시작하기 위한 허가를 신청했습니다. 반면 Mychaliska는 그의 팀이 인간 신생아의 작은 혈관에 대처할 수 있도록 시스템을 더욱 소형화한 후 약 3~4년 안에 인체 임상 실험으로 넘어가기를 바라고 있습니다.

그러나 켐프는 인공 자궁에서 태아가 어떻게 자라는지에 대한 우리의 지식에는 근본적인 차이가 있다고 생각하며, 실험을 시작하기 전에 이를 채워야 한다고 주장합니다.

켐프 박사는 "아주 작은 태아는 정상적인 방식으로 스스로 성장을 조절할 능력이 없다는 것이 분명하며, 태아가 아플 경우 이러한 능력이 더욱 악화됩니다."라고 말합니다.

최근 데이터에 따르면 22주 임신 환자 중 집중 치료를 받으면 30%만 생존한다고 합니다(출처: Getty Images)

"그래서 우리는 태반이 정상적인 성장 과정을 주도하는 데 관여하는 것을 풀어내려고 노력하고 있습니다. 이게 우리가 도달한 지점입니다. 완곡하게 표현하자면, 꽤 큰 과제입니다."

윤리적 고려 사항도 있습니다. 최근 기사 에서 Stephanie Kukora는 고유한 윤리적 과제를 만드는 별개의 기술 간에 미묘한 차이가 있다고 주장합니다. 예를 들어, EVE와 CHOP 팀의 인공 자궁은 모두 탯줄에 캐뉼라를 장착해야 하기 때문에, 탯줄 동맥은 출생 후 빠르게 닫히기 때문에 아기를 즉시 어머니에서 장치로 옮겨야 합니다. 그렇지 않으면 질 분만을 할 수 있었던 어머니는 조기에 제왕 절개를 받아야 합니다.

쿠코라는 "이렇게 일찍 제왕절개 수술을 하면 만삭 때 하는 방식대로 수술을 할 수 없습니다"라고 말했습니다.

"자궁의 근육층을 절개하는 수술로, 임신 기간과 질 분만 여부 등 미래의 임신에 영향을 미칠 수 있습니다."

이 시술은 질분만에 비해 위험이 더 크며, 이로 인해 정보에 입각한 동의와 관련된 문제가 제기됩니다.

쿠코라는 "가장 큰 문제 중 하나는 이 실험을 실시하기 위해 임산부 부모에게 어떻게 접근할 것인가 하는 것입니다."라고 말했습니다.

"정말 슬픈 상황에 처한 부모를 상상해보세요. 22주차에 나쁜 결과에 대해 상담을 받았고, 시험해보지 않았더라도 새로운 것을 정말 기대하고 있을 수도 있습니다. 부모는 아기를 위해 무엇이든 할 것입니다."

아기를 즉시 Extend 시스템으로 옮기는 데 따른 또 다른 문제는 그 아기가 기존 치료를 받았다면 어땠을지 평가할 기회가 없다는 것입니다.

"아기가 아직 태어나지 않았기 때문에 Extend 시스템에 누가 참여할지 결정할 수 있는 임신 주수 외에는 많은 데이터가 없습니다. 아기가 어떻게 지내는지 알 수 없기 때문입니다."라고 Mychaliska는 말합니다.

이는 기존 치료법으로는 잘 견뎌냈을 아기를 훨씬 덜 정량화된 위험이 있는 새로운 미확인 기술로 치료할 수 있다는 것을 의미할 수 있습니다. 그러나 Mychaliska는 Extend가 높은 사망률과 이환율을 겪는 것으로 알려진 임신 22~23주에 태어난 가장 미숙아에게 유익할 것이라고 믿습니다.

이 기술은 탯줄 동맥이 아닌 경정맥에서 혈액을 배출하기 때문에 의사는 Mychaliska 인공 태반에 아기를 올려놓을 시간이 더 많습니다. 이를 통해 의사는 출생 후 아기를 "위험 계층화"하여 가장 병이 심한 영아만 시험의 치료군으로 이송할 수 있습니다. 영아는 상태가 좋지 않으면 나중에 인공 태반으로 이송하기 전에 먼저 기존 요법을 사용하여 치료할 수도 있습니다. 다른 두 가지 기술과 달리 산모는 질 분만을 할 수도 있습니다.

어떤 기술이 먼저 실험에 도입되든, 실험에 처음 참여하는 아기는 24주 전에 태어난 아기일 가능성이 높은데, 기존 치료를 받아도 생존 가능성이 매우 낮고 좋은 결과를 보이는 아기입니다.

"저는 이 기술이 미숙아 출산 분야에 혁명을 일으킬 것이라고 생각하며, 인공 태반과 Extend 접근법은 임상에서 상호 보완적일 것입니다."라고 마이칼리스카는 말합니다.

"하지만 초기 안전성 시험에서 평가해야 할 잠재적 위험이 없는 것은 아닙니다. 저는 이 기술의 초기 적용은 생존 가능성이 낮은 아기에게 적용해야 하며, 이 기술의 위험과 효능을 확인한 후에는 더 미숙아에게 확대해야 한다고 생각합니다."

이 세 가지 기술이 성공한다면, 예상치 못하게 조산을 겪는 부모에게 절실히 필요한 희망의 생명줄이 될 것입니다.