인공자궁
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1. 개요
인공 자궁은 때때로 엑소자궁이라고도 불리며, 태아에게 영양분과 산소를 공급하고 노폐물을 처리하는 등 태반의 기능을 수행하는 시스템이다. 인공 자궁은 인터페이스, 양수 탱크, 탯줄 등으로 구성되며, 폐기물 처리, 산소 공급, 영양 공급, 호르몬 안정화 등의 기능을 수행한다. 인공 자궁의 개발은 생명 윤리, 성 평등, 생식 권리 등 다양한 철학적, 사회적 논쟁을 불러일으킬 수 있으며, 조산아 치료, 멸종 위기 종 보존 등 다양한 분야에 활용될 가능성이 있다. 현재 여러 연구 기관에서 인공 자궁 개발을 위한 연구를 진행하고 있으며, 동물 실험을 통해 기술을 발전시키고 있다.
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| 인공자궁 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 체외 임신을 가능하게 하는 장치 |
| 기술적 측면 | |
| 연구 및 개발 | 양수 대체 액체 탯줄을 통한 산소 및 영양분 공급 노폐물 제거 시스템 태아 성장 환경 조절 장치 (온도, 압력 등) |
| 윤리적 및 법적 측면 | |
| 주요 쟁점 | 인공 자궁 사용 범위 (미숙아, 난임 부부 등) 태아의 권리 및 법적 지위 장기적인 영향 및 안전성 사회적 불평등 심화 가능성 |
| 연구 현황 | |
| 관련 연구 | 2017년, 극단적인 조산 양을 대상으로 한 체외 시스템 개발 (Nature Communications) 인간 배아 연구 (14일 규칙 관련 논쟁) 인공 마우스 배아 생성 연구 (Washington Post, 2022) |
2. 구성 요소
인공 자궁은 영양 공급 및 노폐물 처리, 자궁벽, 인터페이스(인공 태반), 양수 탱크(인공 양수 주머니), 탯줄 등 여러 구성 요소로 이루어져 있다. 각 구성 요소는 자연 자궁의 기능을 모방하여 태아의 성장과 발달을 돕는다.
2. 1. 영양 공급, 산소 공급 및 노폐물 처리
인공 자궁은 "엑소자궁"이라고도 불리며,[10] 태아에게 영양분과 산소를 공급하고 노폐물을 처리하는 역할을 한다. 인공 자궁, 혹은 더 넓은 범위를 포괄하는 "인공 자궁 시스템"은 태반의 기능을 대신하는 인터페이스, 양막 역할을 하는 양수 탱크, 그리고 탯줄을 포함할 수 있다.여성이 인공 자궁과 연결되어 있다면, 여전히 영양분을 공급하고 노폐물을 처리할 수 있다.[2] 또한 IgG 항체를 배아 또는 태아에게 전달하여 질병에 대한 면역력을 제공할 수 있다.[2]
'''인공 공급 및 처리'''는 질병, 환경 오염 물질, 알코올, 또는 인간의 순환계에 존재할 수 있는 약물의 영향을 받지 않는 환경에서 태아가 발달할 수 있다는 장점을 가진다.[2] 임신 면역 관용 부족으로 인해 발생할 수 있는 배아 또는 태아에 대한 면역 반응의 위험도 없다.[2] 인공 공급 및 처리 장치의 개별 기능은 다음과 같다.
- 폐기물 처리는 투석을 통해 이루어질 수 있다.[2]
- 배아 또는 태아의 산소 공급 및 이산화 탄소 제거를 위해 체외 막 산소 공급(ECMO) 기술이 사용될 수 있다. ECMO는 양수 탱크에서 염소 태아를 최대 237시간 동안 생존시키는 데 성공한 기술이다.[16] ECMO는 현재 일부 신생아 집중 치료실에서 폐를 이용한 가스 교환이 불가능한 특정 의학적 문제가 있는 만삭아를 치료하는 데 사용된다.[11] 그러나 32주 미만의 태아는 뇌 혈관과 배아 기질이 충분히 발달하지 않아 ECMO 사용 시 뇌실내 출혈(IVH) 위험이 높다.[12] 액체 환기는 자궁과 개방된 공기 호흡 사이의 중간 단계 또는 산소 공급의 대안으로 제시되었다.[2]
- 인공 영양 공급 기술은 현재 해결해야 할 문제가 많다.[2] 심각한 짧은 창자 증후군을 앓는 영아에게 사용되는 총 정맥 영양은 5년 생존율이 약 20%에 불과하다.[2][13]
- 호르몬 안정성 문제 또한 해결해야 할 과제이다.[2]
이론적으로 '''동물 공급 및 처리'''를 사용할 수 있지만, 동물의 자궁을 이용하는 경우 종간 임신의 영역에 속할 수 있다.
포유류의 번식에 사용되는 자궁을 인공적으로 재현하는 연구는 이미 동물 실험 단계에 있다.[43][44]
수정란에 외부에서 영양과 산소를 공급하는 기술은 체외 장치로 태아를 키우는 방법과 체내에 이식하는 방법, 두 가지로 나뉜다.
2. 2. 자궁벽
정상 자궁에서 자궁벽의 자궁근층은 임신 말기에 태아를 배출하는 기능을 하며, 자궁내막은 태반을 형성하는 데 역할을 한다.[2] 인공 자궁은 이와 동등한 기능을 하는 구성 요소를 포함할 수 있다. 인공 태반 및 기타 "내부" 구성 요소를 외부 순환계에 직접 연결하는 방법이 고려되었다.[2]공급자와 배아 또는 태아 사이의 인터페이스는 전적으로 인공적일 수 있으며, 예를 들어 반투과성 막을 하나 이상 사용하는 방식인데, 이는 ''체외 막 산소 공급''(ECMO)에 사용되는 방식과 유사하다.[16]
또한 인간의 자궁내막 세포를 사용하여 태반을 배양할 가능성도 있다. 2002년, 인간 공여자에게서 채취한 배양된 자궁내막 세포 조직 샘플이 성공적으로 성장했다는 발표가 있었다.[14][15] 이 조직 샘플은 자연 자궁의 형태로 만들어졌으며, 인간 배아가 이 조직에 이식되었다. 배아는 인공 자궁 내막에 정확히 이식되어 성장하기 시작했다. 그러나 이 실험은 미국의 시험관 수정(IVF) 법률에서 허용된 법적 제한을 지키기 위해 6일 후에 중단되었다.[2]
이론적으로는 인간 태반을 인공 자궁 내부에 이식할 수 있지만, 이 인공 자궁을 통한 영양분 전달은 아직 해결되지 않은 문제로 남아있다.[2]
2. 3. 인터페이스 (인공 태반)
인공 자궁은 때때로 "엑소자궁"이라고도 불리며,[10] 태아에게 영양분과 산소를 공급하고 노폐물을 처리하는 기능을 한다. 인공 자궁 또는 "인공 자궁 시스템"은 태반의 기능을 수행하는 인터페이스, 양막 역할을 하는 양수 탱크, 탯줄을 포함할 수 있다.공급자와 배아 또는 태아 사이의 인터페이스는 전적으로 인공적일 수 있는데, 예를 들어 반투과성 막을 하나 이상 사용하는 방식이다. 이는 '체외 막 산소 공급(ECMO)'에 사용되는 방식이다.[16]
인간 자궁내막 세포를 사용하여 태반을 배양하는 가능성도 연구되었다. 2002년, 인간 공여자에게서 채취한 자궁내막 세포 배양 조직 샘플이 성공적으로 성장했다는 발표가 있었다.[14][15] 이 조직 샘플은 자연 자궁 형태로 만들어졌으며, 인간 배아가 이 조직에 이식되었다. 배아는 인공 자궁 내막에 정확히 이식되어 성장하기 시작했으나, 이 실험은 미국 시험관 수정(IVF) 법률의 법적 제한 때문에 6일 후 중단되었다.[2]
이론적으로 인간 태반을 인공 자궁 내부에 이식할 수 있지만, 인공 자궁을 통한 영양분 전달은 아직 해결되지 않은 문제이다.[2] 수정란에 외부에서 영양과 산소를 공급하며, 체외 장치로 태아를 키우는 방법과 체내에 이식하는 방법 두 가지 기술이 존재한다.
2. 4. 양수 탱크 (인공 양수 주머니)
양수 탱크는 양막 역할을 하는 인공자궁의 구성 요소 중 하나이다.[10] 양수 탱크의 주요 기능은 배아 또는 태아가 자유롭게 움직일 수 있도록 물리적으로 보호하고, 최적의 온도를 유지하는 것이다. 젖산 링거액은 양수를 대체하여 사용될 수 있다.[16]2. 5. 탯줄
인공 자궁 또는 인공 자궁 시스템은 태반이 제공하는 기능을 수행하는 인터페이스, 양막 역할을 하는 양수 탱크, 탯줄을 포함할 수 있다.[2]이론적으로 태아가 자연 자궁에서 조기에 제거될 경우, 자연 탯줄을 사용할 수 있다. 이때 생리적 폐쇄를 의학적으로 억제하거나, 항응고 치료, 스텐트 삽입, 또는 모체와 태아 사이의 혈류를 유지하기 위한 바이패스를 통해 탯줄의 개방 상태를 유지할 수 있다.[2]
3. 연구 개발
인공 자궁 연구는 1923년 영국계 인도 과학자 J.B.S. 홀데인이 처음으로 ''배아 외 발생''이라는 용어를 사용하면서 시작되었다.[17][18][19][20] 한 논문에서는 이 기술의 잠재적 적용 사례를 "인체 외부에서의 완전한 임신"으로 정의하며, 이는 임신의 전통적 개념을 완전히 변화시킬 것이라고 언급한다.[21]
포유류 번식에 사용되는 자궁을 인공적으로 재현하는 연구는 이미 동물 실험 단계에 있다.[43][44] 이 기술은 수정란에 외부에서 영양과 산소를 공급하며, 체외 장치 또는 체내 이식 방식으로 태아를 키울 수 있다.
2021년 벤 램과 조지 처치가 설립한 콜로설 바이오사이언스(Colossal Biosciences)는 데 엑스팅션(de-extinction)과 털매머드, 북부흰코뿔소와 같은 멸종 위기종 보존을 위해 인공 동물 자궁 연구 개발을 시작했다.[27] 스텔라바다소나 코끼리새처럼 적합한 대리모가 없는 종의 부활에도 이 기술이 필요하다.[28] 콜로설은 멜버른 대학교와 협력하여 주머니늑대 데 엑스팅션 프로젝트의 일환으로 유대류 주머니를 개발하고 있다.[29]
3. 1. Emanuel M. Greenberg (미국)
Emanuel M. Greenberg은 인공 자궁과 미래의 잠재적 사용에 관한 다양한 논문을 작성했다.1954년 7월 22일 Emanuel M. Greenberg은 인공 자궁 디자인에 대한 특허를 출원했다.[17] 이 특허에는 인공 자궁 디자인의 두 이미지가 포함되어 있었다.[17] 디자인 자체는 양수로 채워진 태아를 넣을 탱크, 제대와 연결되는 기계, 혈액 펌프, 인공 신장 및 온수기를 포함했다.[17] 그는 1955년 11월 15일에 특허를 받았다.[17]
3. 2. Juntendo University (일본)
1996년, 일본 도쿄의 준텐도 대학에서 자궁 외 태아 배양(EUFI) 기술을 개발했다.[24] 이 프로젝트는 미숙아 발달에 관심을 가진 쿠와바라 요시노리 교수가 이끌었다. 이 시스템은 14마리의 염소 태아를 사용하여 개발되었으며, 이 태아들은 어미 염소와 동일한 조건 하에 인공 양수에 배치되었다.[24][25] 쿠와바라 교수 연구팀은 이 시스템에서 염소 태아를 3주 동안 유지하는 데 성공했다.[24][25] 그러나 이 시스템은 여러 문제에 직면하여 인간에게 적용할 준비가 되지 않았다.[24] 쿠와바라 교수는 이 시스템이 개선되어 나중에 인간 태아에게 사용될 수 있기를 희망했다.[24][25]3. 3. Children's Hospital of Philadelphia (미국)
2017년, 필라델피아 어린이 병원(Children's Hospital of Philadelphia)의 연구진은 자궁 외 시스템을 더욱 발전시킬 수 있었다. 이 연구는 인공 양수로 채워진 비닐 봉투에 넣어진 태아 양을 사용한다.[5][7] 이 시스템은 다음과 같이 3가지 주요 구성 요소로 구성된다.- 펌프가 없는 동정맥 회로
- 폐쇄된 멸균 액체 환경
- 제대 혈관 접근
'''펌프가 없는 동정맥 회로'''와 관련하여, 혈류는 태아 심장에 의해서만 구동되며, 이는 정상적인 태아/태반 순환을 가장 가깝게 모방하기 위해 매우 낮은 저항의 산소 공급 장치와 결합된다. '''폐쇄된 멸균 액체 환경'''은 멸균성을 보장하는 데 중요하다. 과학자들은 캐뉼라 팁과 복벽 사이에 자연 제대(5–10 cm)의 길이를 유지하여 캐뉼라 제거 및 기계적 폐색 위험을 최소화하는 '''제대 혈관 캐뉼라 삽입''' 기술을 개발했다.[26] 양의 제대는 태반처럼 작용하고 산소와 영양분을 공급하며 모든 폐기물을 제거하도록 설계된 봉투 외부의 기계에 연결되었다.[5][7] 연구진은 기계를 "연구자들이 양 태아를 위해 어머니의 심장 소리를 들려줄 수 있는 어둡고 따뜻한 방"에 보관했다.[7] 이 시스템은 조산 양 태아가 한 달 동안 정상적으로 발달하도록 돕는 데 성공했다.[7]
실제로, 과학자들은 정상적인 태반으로의 혈류와 동일한 수준의 회로 흐름을 유지하면서 8마리의 양을 운용했다. 구체적으로, 임신 105~108일 된 태아 5마리를 25~28일 동안, 임신 115~120일 된 태아 3마리를 20~28일 동안 운용했다. 가장 긴 실험은 불안정성 때문이 아니라 동물 프로토콜 제한으로 인해 28일에 종료되었으며, 이는 이러한 초기 임신 동물의 지원이 4주 이상 유지될 수 있음을 시사한다.[26] 필라델피아 어린이 병원의 태아 외과 의사인 앨런 플레이크는 조산 인간 태아에게 실험을 옮기기를 희망하지만, 이는 현실이 되기까지 3~5년이 걸릴 수 있다.[7] 연구를 이끈 플레이크는 이 기술로 완전한 임신을 재현할 가능성을 "현재로서는 공상"이라고 부르며, 개인적으로는 그렇게 할 기술을 만들 의향이 없다고 말한다.[7]
3. 4. Colossal Biosciences (미국)
인공 자궁의 사용은 1923년 영국계 인도 과학자 J.B.S. 홀데인에 의해 처음으로 ''배아 외 발생''이라고 명명되었다.[17][18][19][20]관련 용어를 구체적으로 명시하면서, 한 논문은 다음과 같이 정의한다.
"기술의 잠재적이고, 비록 가능성은 희박하지만, 적용 사례는 ‘완전한 배아 외 발생’ 즉, 인체 외부에서의 완전한 임신이다. 이는 임신 중 실질적인 인간의 관여에 큰 영향을 미쳐, 체외 사건으로 만들고, 따라서 임신의 전통적인 개념을 완전히 변화시킬 것이다."[21]
3. 5. Eindhoven University of Technology (네덜란드)
2016년부터 TU/e 연구진과 파트너들은 미숙아 출생 시 모체의 자궁이 제공하는 보호 환경을 적절히 대체하여 건강 합병증을 예방하는 인공 자궁 개발을 목표로 하고 있다. 인공 자궁과 태반은 아기가 신생아의 삶으로 순조롭게 전환하도록 돕는 것을 목표로 자연스러운 환경을 제공할 것이다. 주산기 생명 유지 장치(PLS) 시스템은 획기적인 기술을 사용하여 개발될 것이다. 마네킹은 테스트와 훈련 과정에서 유아를 모방하고, 첨단 모니터링과 전산 모델링은 임상 지침을 제공할 것이다.[30]이 프로젝트에는 아헨, 밀라노, 아인트호벤 3개의 유럽 대학 컨소시엄이 참여한다. 2019년에 이 컨소시엄은 300만유로의 보조금을 받았으며, 1000만유로의 두 번째 보조금 신청이 진행 중이다.
PLS 파트너들은 획기적인 시뮬레이션 기술을 사용하여 주산기 생명 유지 시스템을 개발하고 검증하기 위해 공동으로 의료, 엔지니어링 및 수학적 전문 지식을 제공한다. 이 학제간 컨소시엄은 이러한 기술 개발을 촉진하고 이를 결합하여 임상 사용을 위한 최초의 체외 태아 성숙 시스템을 구축할 것이다. 아인트호벤 공과대학교가 조정하는 이 프로젝트는 산부인과, 신생아과, 산업 디자인, 수학적 모델링, 체외 장기 지원 및 비침습적 태아 모니터링 분야의 세계적인 전문가들을 모으고 있다. 이 컨소시엄은 Frans van de Vosse 교수와 Guid Oei 교수 겸 의사가 이끌고 있다. 2020년에는 엔지니어 Jasmijn Kok과 Lyla Kok이 연구의 가치 창출을 보장하기 위해 스핀오프 기업인 Juno Perinatal Healthcare를 설립했다.[31]
3. 6. Weizmann Institute of Science (이스라엘)
2021년, 이스라엘의 와이즈만 연구소는 기계 자궁을 제작하여 자궁 밖에서 며칠 동안 생쥐 배아를 배양했다.[33] 2022년에는 이 장치를 이용하여 생쥐 줄기 세포를 일주일 이상 배양하고 줄기 세포에서 합성 배아를 성장시켰다.[34][35]4. 철학적 고찰
인공 자궁 기술은 생명윤리, 낙태 논쟁, 성 불평등 등 다양한 철학적 질문을 제기한다.
인공 자궁은 태아 생존 능력을 높여 낙태 관련 법적 논쟁에 영향을 줄 수 있다. 또한 인공 자궁에서 자란 아이가 어머니와의 유대감이 부족할 수 있다는 우려도 제기된다.[39]
슐라미스 파이어스톤은 인공 자궁이 여성을 생식의 억압에서 해방시킬 것이라 주장했고,[40][41] 아라티 프라사드는 인공 자궁이 남성에게도 아이를 가질 기회를 제공하고, 성과 부모의 개념을 바꿀 것이라 주장했다.[42]
4. 1. 생명 윤리
인공 자궁과 자궁외 발생의 개발은 생명윤리 및 법적 고려 사항을 제기하며, 생식 권리 및 낙태 논쟁에도 중요한 영향을 미친다.[36] 인공 자궁 구현에는 첨단 기술과 상당한 비용이 필요하므로 개발도상국이나 자원이 부족한 사람들의 접근성이 제한될 수 있다.인공 자궁은 태아 생존 능력의 범위를 넓힐 수 있으며, 낙태법에서 태아 생존 능력이 하는 역할에 대한 의문을 제기한다. 예를 들어, 절단 이론에서 낙태 권리는 태아를 제거할 권리만을 포함하며, 항상 태아의 종결까지 확장되지는 않는다. 여성의 자궁에서 인공 자궁으로 태아를 옮기는 것이 가능하다면, 이러한 방식으로 임신을 중단하는 선택은 태아를 낙태하는 것의 대안을 제공할 수 있다.[37][38]
2007년 에세이에서는 인공 자궁에서 발달한 아이들은 "다른 아이들이 가지고 있는 어머니와의 몇 가지 필수적인 유대감"이 부족할 수 있다고 이론화한다.[39] 포유류의 번식에 사용되는 자궁을 인공적으로 재현한 것으로, 이미 동물 실험이 진행되고 있다.[43][44]
4. 2. 성 평등
1970년 슐라미스 파이어스톤은 저서 『성의 변증법』에서 생물학적 생식 역할의 차이가 성 불평등의 근원이라고 주장했다. 파이어스톤은 임신과 출산을 지목하며 인공 자궁이 "여성을 생식 생물학의 억압으로부터 해방"시킬 것이라고 말했다.[40][41]아라티 프라사드는 가디언 기고문 "인공 자궁이 성, 가족, 평등에 대한 우리의 생각을 어떻게 바꿀 것인가"에서 "인공 자궁은 남성이 원한다면 여성 없이 아이를 갖는 데 필수적인 도구를 제공할 것이며, 이는 성과 부모에 대한 개념에 의문을 제기하게 할 것이다."라고 주장했다. 더 나아가 동성 커플에게 이점을 제공하며, "엄마와 아빠의 구분이 없어지는 것을 의미할 수도 있다. 여성의 몸 밖의 자궁은 여성, 트랜스 여성, 남성 동성 커플 모두에게 편견 없이 동등하게 봉사할 것이다."라고 말했다.[42] 이는 절대적 자궁 불임증을 앓는 여성에게도 해결책이 될 수 있다.
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