두뇌 임플란트는 큰 성과를 거두었다.

 

처음으로 마비된 남자가 마음으로 두 개의 로봇 팔을 동시에 조작하여 몇 년 만에 처음으로 스스로 먹을 수 있게 되었다. 임플란트는 예리한 정신과 마비된 몸을 가진 감금 증후군(locked-in syndrome)을 앓는 한 남자가 자신의 생각을 문장으로 번역하여 마침내 사랑하는 사람들과 소통할 수 있는 관문을 여는 데 도움을 주었다. 메모리 보철(임플란트를 사용하여 기억력을 향상시키는 푸른 하늘 아이디어)은 사람들에게 첫 번째 성공을 거두었다. 뇌가 하체 움직임을 제어하는 데 사용하는 자연적인 전기 펄스를 모방하는 새로운 알고리즘을 기반으로 하는 척수 자극기는 완전히 마비된 사람들이 단 하루 만에 도움을 받아 서고 걸을 수 있도록 도왔다. 몇 달 안에 그들은 세그웨이 같은 바퀴로 도시 거리를 순항하고, 수영하고, 카약을 타고, 기성품 태블릿을 사용하여 움직임을 제어했다.

 

우리는 노화에 대해 훨씬 더 많이 알고 있다. 부분적으로는 강아지 덕분이다.

 

개 노화 프로젝트(Dog Aging Project)는 건강한 노화를 가속화(또는 탈선)시키는 유전학, 신진대사 및 미생물 군집 요인을 추적하면서 집에서 60,000마리의 개를 추적한다. 목표는 우리 자신에게도 정보를 줄 수 있는 노화 과정에 대한 통찰력을 얻는 것이다. 첫 번째로 통제된 인간 실험은 칼로리를 줄이면 건강한 수명이 증가한다는 파리, 벌레 및 생쥐의 이전 연구 결과를 강화했다(연말 축제에 탐닉하기에 좋은 소식은 아니다.)

 

부분 세포 재프로그래밍(partial cell reprogramming)은 세포의 나이를 획기적으로 줄이면서 줄기 세포로 변환하는 것과는 반대로 정체성을 유지하는 기술로, 장수 혁신으로 실리콘 밸리 거대 기업의 주목을 받았다. 후생유전학에 기반한 "노화 시계"는 AI와 태그 팀을 이루어 사람의 생물학적 나이와 관련 건강 상태를 측정하고 연령 관련 질병을 발견하고 이를 싹을 틔우기 위해 노력한다.

 

블록버스터, 입이 떡 벌어지는 대규모 연구

 

놀라운 위업에서 한 팀은 CRISPR을 사용하여 거의 모든 유전자(유전자형)를 기능에 종합적으로 매핑했다. 또 다른 연구에서는 12,000개 이상의 종양에 대한 유전자 염기서열 분석을 통해 여러 유형의 암을 유발하는 DNA 돌연변이 데이터베이스를 구축했다. 뇌는 또한 우리가 나이가 들어감에 따라 변화의 아틀라스를 차트로 작성하기 위해 평생에 걸쳐 거의 125,000번의 스캔을 사용하는 연구를 통해 빅데이터 치료를 받았다.

 

이러한 연구의 규모는 중요하지 않다. 오히려 데이터베이스는 다양한 유전적 배경과 인종을 포함하여 인간 생물학에 대한 전례 없는 관점을 제공한다. 모든 공개 액세스 리소스는 과학자들이 개별 프로젝트를 위해 채굴할 수 있는 풍부한 정보이다. 예를 들어, 서로 다른 암의 친숙한 경향을 특정 유전적 돌연변이로 설명할 수 있을까? 아니면 장수 뇌지도를 참조하여 치매 또는 알츠하이머의 초기 징후에 기여하는 요인을 감지할 수 있을까?

 

돼지장기 인간에게 이식하는 이종이식

 

사용 가능한 이식 장기가 급격히 부족하여 윤리적으로 문제가 있지만 규제된 장기 기증 시장이 있다.

 

한 가지 해결책은 다른 종, 특히 돼지의 장기를 징수하는 것이다. 그들의 장기는 크기와 기능면에서 우리와 비슷하여 잠재적으로 귀중한 기증자가 됩니다. 폭력적인 면역 거부에 시달리는 동안 푸른 하늘 아이디어는 지난 몇 년 동안 점점 더 힘을 얻었다.

 

2017년에 몇몇 팀은 숙주에서 면역 반응을 유발하는 능력을 약화시키도록 유전자 조작된 돼지의 신장이 장기가 거부되기 전 400일 이상 붉은털원숭이 원숭이를 지탱했다는 사실을 발견했다. 2021년과 올해 초에 심하게 유전자 편집된 돼지의 신장을 뇌사 인간에게 이식하여 최소 50일 동안 기능을 유지했다.

 

성공의 일부는 CRISPR에서 비롯된다. 돼지 장기는 게놈 내부에 PERV 또는 돼지 내인성 레트로바이러스라고 하는 바이러스 계열을 보유할 수 있다. 돼지에게는 무해하지만 인간에게는 치명적이다. 2015년 과학자들은 CRISPR을 사용하여 면역 거부 및 바이러스 감염을 담당하는 60개 이상의 돼지 유전자를 편집하여 이식된 돼지 심장이 개코원숭이 안에서 반년 이상 생존할 수 있도록 했다.

 

올해 초, 돼지에서 인간으로의 심장 이식이 실현되었다. 심장이 약하고 인간의 심장 이식 기회가 없는 환자에게 FDA는 자비로운 사용을 승인했다. 10개의 유전적 편집이 있는 돼지 심장은 면역 반응을 제한하도록 설계되었다. 임플란트 2주 후, 모든 것이 좋아 보였다. 환자는 돼지 심장에서 살아 남았고 그의 면역 체계는 심장을 받아들인 것 같다.

 

그러나 약 한 달 후 그는 최악의 상황에 돌입했다. 이식 두 달 후, 그는 사망했다. 이식된 심장은 흔하지만 치료 가능한 감염인 돼지 바이러스를 가지고 있어 잠재적으로 심장을 계속 유지할 수 있다.

 

특히 자원자 David Bennett Sr.의 가족에게는 엄청난 손실이다. 이 위험한 실험은 생명윤리학자들이 돼지에서 인간으로의 이식에 대한 선을 어디에 그어야 할지 궁금해하고 있다. 그러나 Bennett의 용기는 돼지 바이러스에 대처하고 숙주의 면역 체계를 억제하는 더 나은 방법과 같은 인간의 이종 이식에 대한 귀중한 통찰력을 제공했다. 여러 회사가 이종 이식을 안전하게 시장에 출시하기 위해 경쟁하고 있으므로 내년에 더 많은 시험을 볼 수 있다.

 

바이러스 감염 예측 및 퇴치를 위한 새로운 기술

 

우리는 모두 코로나19에 지치고 지쳤다. 그러나 독감, RSV 및 새로운 코로나변종이 3중 위협으로 급증함에 따라 이러한 바이러스가 진화함에 따라 앞서 나가야 할 필요성이 증가하고 있다. 한 가지 아이디어는 예를 들어 코로나를 유발하는 SARS-CoV-2와 같은 바이러스에 의해 유발된 항체를 치료제로 프로파일링하는 것이다. 그러나 Omicron 변이체와 그 하위 변이체가 전 세계적으로 확산됨에 따라 항체의 효율성이 급격히 떨어진다.

 

바이러스 변이(SARS-CoV-2, HIV 또는 독감 바이러스)는 빠르게 발생한다. 항체를 기반으로 치료법을 만드는 것은 기본적으로 두더지 잡기 게임이다. 다음 변종을 쫓는 것보다 바이러스 변화에 탄력적인 항체를 찾는 것은 어떨까?

 

이제 여러 팀이 새로운 바이러스 변종 수프를 분석하거나 예측할 수 있다. 한 연구에서는 코로나19 바이러스가 수천 개의 항체를 피하는 방법을 추적하여 면역을 피하는 데 도움이 되는 돌연변이를 정확히 찾아냈다. 비슷한 접근 방식으로 이전에 코로나19로 진단받은 사람들의 항체를 기반으로 변종을 예측했다. 예를 들어, 팀은 이전에 초기 Omicron 변종에서 회복한 사람들도 현재 대부분의 감염을 담당하는 BA.5 변종에 의해 불도저로 쫓겨날 수 있다는 것을 깨달았다.

 

바이러스 변이에 반발 밖에 남지 않았지만 Richard Cao 박사가 이끄는 팀은 새로운 변이에 대한 데이터를 생성하고 이를 전 세계와 공유하는 최첨단에 있다. 이 데이터는 바이러스 돌연변이에 더 탄력적인 항체 치료법을 찾는 데 도움이 될 수 있다. 코로나19는 시작에 불과하다. 돌연변이 능력으로 악명 높은 만능 독감 백신이나 HIV 백신도 통찰력을 얻을 수 있다.

 

엄청나게 이상한 연구

 

메타표면을 이용하는 독특한 유형의 물질이 인간의 텔레파시를 가능하게 했다. 동결 건조된 쥐의 피부 세포가 건강한 새끼를 낳았다. 접시에 있는 수십만 개의 고립된 뉴런이 몇 분 만에 퐁을 연주하는 법을 배웠다.

 

합성 생물학에서 인공 자궁은 생쥐 배아를 8일 이상 살아 있게 하여 인공 번식의 다음 장을 열었다. 샤오주(Xiao Zhu)라고 불리는 작은 생쥐는 생쥐의 일반적인 염색체 수보다 한 수 적은 인공적으로 융합된 염색체를 품고 살아 번성하면서 분야의 경계를 넓혔다.

 

2022년은 과학 탐구의 멋진 해였다.

이미지 제공: Maximiliano D'Angelo 및 Martin Hetzer, Salk Institute