동성 커플뿐 아니라 암 치료 혹은 세포의 기능부전 등으로 생식 기능을 잃은 여성은 엄마가 될 수 있을까. 이런 의문을 풀 수 있는 연구 결과가 최근 나왔다.
일본 규슈대학교 하야시 가쓰히코(林克彦) 교수 연구팀이 줄기 세포를 이용해 생쥐의 기능성 난자(완전한 기능을 가진 난자)를 생산하는 기술을 개발 및 개선해 나가는 일련의 과정이 담긴 연구 결과가 미국 과학저널 ‘사이언스’에 발표됐다.
이어 그 난자 중 일부가 수정되고 임신으로 진행돼 생식력을 가진 신생 생쥐가 마침내 태어났다. 이들 난자를 만든 ‘오바리오이드(ovarioids)’는 전적으로 줄기세포에서 생성됐다. 연구팀은 실험실에서 자란 세포를 ‘재구성된 오바리오이드(Reconstructed Ovarioids)’라고 명명했다.
하야시 교수팀의 연구 결과는 생식의학의 거친 아이디어에 속하는 IVG(시험관 내 생식자 발생, In vitro Gametogenesis)를 구현하기 위해 탐색하는 과정에서 연구팀이 주요 난관을 극복한 첫 번째 성공 사례로 꼽힌다.
생식자는 정자와 난자이며, 얼마 전까지 고환과 난소 내부에서만 만들 수 있었다. 하지만 IVG는 시험관 내 줄기세포에서 정자와 난자를 생산할 수 있는 새로운 가능성을 내비쳤다. 연구팀은 이런 발전이 난임(불임)의 원인 연구를 더 쉽게 하고, 이는 인간의 난임 치료로 이어질 수 있을 것으로 내다봤다.
연구 결과에 따르면 생식 기능을 상실한 여성들이 머지않아 실험실에서 자신들을 위한 난자를 더 많이 만들 수 있다. 또한 동성애 커플 양쪽 모두가 자녀의 유전적 부모가 될 수도 있다.
연구팀은 이에 앞서 2011년, 줄기세포로부터 완전한 기능을 갖춘 기능성 생쥐 정자를 처음으로 생성하는 데 성공했다.
특히 2016년에는 줄기 세포를 이용해 생쥐에서 기능성 난자를 생산하는 또 다른 첫 과학적 업적을 이뤘다. 그러나 난자를 제대로 발달시키기 위해 줄기세포에서 파생된 원시 난자 세포를 생쥐에서 뽑은 신선한 난자 세포와 함께 배양해야 했다. 이 같은 지지세포가 없으면 난자는 성숙하는 데 필요한 시그널을 받지 못한다.
하지만 이 과정은 기술을 인간에게 적용한다는 궁극적인 목표와 정확히 양립할 수는 없다. 하야시 교수는 “생쥐 외 동물의 경우, 이런 종류의 조직을 얻는다는 게 정말 어려우며 이는 일종의 병목 현상”이라고 말했다.
그래서 하야시 교수 연구팀은 지난 5년 동안의 노력 끝에 이 난소를 지지하는 조직의 재생성에 필요한 분자적 제조법을 알아내는 데 성공했다. 연구팀은 이를 활용해 생쥐 배아 줄기세포를 이 지지세포로 밀어 넣었고, 원시 난자세포와 결합해 생존 가능한 난자를 만드는 ‘오바리오이드(ovarioids)’를 생성했다.
생체 내 분화 과정으로 알려진 기법을 적용해 배아 줄기세포를 생식샘 체세포 유사 세포로 분화하는 배양 조건을 결정하는 데 성공한 것으로 분석된다.
이 연구 결과로 줄기세포를 이용한 난자의 대량 생산에 한 발짝 더 가까이 다가선 것으로 평가된다. 이 연구에 참여하지 않은 영국 에든버러대학교 리처드 앤더슨 교수(생식의학)는 “연구팀은 지금까지도 인상적인 업적을 많이 쌓았지만, 이번에는 전적으로 줄기세포에서 파생된 방식으로 연구를 수행해 IVG를 완성하고 있다”고 평가했다.
연구팀은 현재 마모셋원숭이를 대상으로 이번 연구의 진전 과정을 되풀이하고 있다. 또 줄기세포에서 인간 원시 난자세포를 생산한 교토대학교 사이토 미티노리(齋藤通紀) 교수팀과도 협력하고 있다.
하야시 교수는 10년 이내에 완전 성숙한 줄기세포 유래 난자를 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 그는 그러나 “문제는 시험관 내 난모세포의 품질이며, 이 문제의 해결에 시간이 좀 걸릴 수 있다”고 밝혔다.
한편 생명윤리 학자들은 정자와 난자의 손쉬운 대량생산이 각종 유형의 새로운 법적, 사회적 난제로 이어질 수 있다는 우려를 나타냈다. 자신의 세포에서 만들 수 있는 배아 수의 제한, 부모 자격을 정의하는 기존의 법체계가 IVG 시대와 양립할 수 있는 지 여부 등이 쟁점으로 떠오를 전망이다.
새로운 생식기술을 전문적으로 다루는 미국 메이요 클리닉의 생명윤리학자인 메건 앨리스 박사는 “이런 연구의 실현 가능성이 입증되면 그런 기술의 활용 및 필요성 여부, 활용 방법에 관한 것이 다음 질문이 될 것”이라고 내다봤다.
이 연구 논문(Generation of ovarian follicles from mouse pluripotent stem cells)은 미국 건강의학 매체 ‘스탯뉴스’ 등이 소개했다.