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가톨릭우주의학연구센터 실험실에서 연구원들이 ‘가짜 무중력’ 환경에서 배양되는 세포 형태를 관찰하고 있다. 이 연구소는 총 5대의 미세중력 모사 장치를 운영하고 있다. <심희진 기자>



서울 서초구 가톨릭우주의학연구센터 실험실, 소형 냉장고 야마토릴게임 크기의 장비 안에서 원형 회전판에 끼워진 배양 카트리지 6개가 천천히 돌고 있었다. 중력이 세포에 전달되지 않도록 설계된 ‘클리노스타트’다. 회전판이 움직이자 용기 안의 덩어리는 바닥에 붙지 않고 물 속에서 가볍게 떠다니듯 움직였다. 옆 모니터에는 분홍빛 배양액 속 세포가 확대돼 비쳤고, 연구진은 변화 양상을 실시간으로 살피고 있었다.

바다이야기비밀코드 주지현 가톨릭우주의학연구센터장은 “세포를 우주로 보내기 전, 지상에서 먼저 ‘가짜 무중력’을 활용해 배양 환경을 맞춰보는 단계”라며 “미국과 일본 등이 수십 년간 축적한 실험 데이터와 장비를 기반으로 우주의학을 선점한 상태지만, 우리나라는 응용·임상 분야에 강점이 있는 만큼 속도를 내면 충분히 따라잡을 수 있다”고 말했다.
10원야마토게임 누리호 4차 발사 성공으로 전국민이 고무되어 있는 가운데, 한국에서도 우주의학 대형 연구허브가 본격 가동되기 시작했다. 가톨릭중앙의료원이 한국형 ‘ARPA-H’ 과제를 확보해 지난 10월 우주의학센터를 출범시키면서다. 난제 해결형 R&D(연구개발) 프로그램인 ARPA-H는 올해 처음 우주의학을 주요 분야에 포함하고 2029년까지 총 108억원을 지원한다 바다이야기예시 .
주 센터장은 “센터 공간을 개방형 플랫폼으로 운영하면서, 흩어져 있던 연구자들이 최근 ARPA-H를 계기로 모이고 있다”며 “국내에서도 ‘우주 바이오’라는 분야가 실질적인 형태를 갖추는 시점”이라고 말했다.
불과 몇 년 전만 해도 우주의학은 장기간 우주 체류로 나타나는 근감소증, 골다공증 등 건강 문제를 다루는 분야로 인식됐다. 하지만 이러한 변화가 일어나는 기전 자체가 새로운 연구 아이디어로 이어지고 있다. 우주의학이 주목받는 이유는 무중력 상태에서 일어나는 생물학적 변화가 난치성 질환 연구의 한계를 뛰어넘는 단서를 제공하기 때문이다.
우주에서는 3차원 구조의 세포를 배양할 수 있고, 신약 R&D 단계에서 구조 분석의 정확도도 높여줄 것으로 예상된다. 노화가 가속되는 우주 환경을 역으로 이용하면 항노화는 물론 치매 치료제의 단초를 잡을 수도 있다. 주 센터장은 “우주에서는 체액이 머리 쪽으로 몰리고 기계적 부하가 거의 없어 근육과 뼈가 빠르게 줄고 면역 반응도 약해진다”며 “이같은 가속 노화 현상을 역으로 이용하면 노화 억제제나 근감소증·치매 치료제 개발로 이어질 수 있을 것”이라고 말했다.
미국 항공우주국(NASA)과 일본 우주항공청(JAXA)이 국제우주정거장(ISS)에서 줄기세포 배양과 단백질 결정체 실험 등을 반복해왔다. 주 센터장은 “지상에서는 접시와 같은 2차원 평면에서 세포를 키우지만 인체는 본래 3차원 구조”라며 “비눗방울이 바닥에 놓이면 납작해지지만 공중에서는 둥근 형태를 유지하는 것처럼 중력이 사라질수록 세포도 자연스러운 3차원 모양을 만든다”고 말했다. 이어 “이렇게 본래 형태를 유지해야 세포 간 상호작용이나 조직 형성 과정도 인체에 더 가깝게 재현돼 지금까진 보기 어려운 변화를 관찰할 수 있다”고 덧붙였다.


정부 지원에 연구자들 집결우주의학·바이오R&D ‘속도’



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주지현 가톨릭우주의학센터장은 “센터 공간을 개방형 플랫폼으로 운영하면서, 흩어져 있던 연구자들이 최근 ARPA-H를 계기로 모이고 있다”며 향후 비전과 연구계획을 들려줬다. <심희진 기자>



현재 센터는 바퀴 형태의 클리노스타트 외에도 세포가 놓인 축을 상하, 좌우로 무작위 회전시켜 중력 방향을 없애는 ‘랜덤 포지셔닝 시스템’ 등 현재 센터는 바퀴 형태의 클리노스타트 외에도 세포가 놓인 축을 상하, 좌우로 무작위 회전시켜 중력 방향을 없애는 ‘랜덤 포지셔닝 시스템’ 등 총 5대의 미세중력 모사 장치를 운영하고 있다. 이들을 통해 iPSC(유도만능줄기세포), 조혈줄기세포, 신경세포, 오가노이드 등이 미세중력에서 어떻게 성장하고 분화하는지 실험중이다.

iPSC 기반 인공혈액 생산 공정이 대표적이다. iPSC는 피부세포나 혈액세포를 되돌려 만든 만능세포로, 이론적으로는 혈액·신경·심장 등 거의 모든 조직을 만들어낼 수 있다. 그러나 현재 기술로는 320cc 한팩을 생산하는 데 약 1억5000만원이 들어 상용화까지는 여전히 갈 길이 멀다.
주 센터장은 “CAR-T(카티)처럼 혈액 유래 성분을 대량으로 활용하는 치료가 늘면서 혈액 수요도 계속 증가할 것”이라며 “배양 수율을 개선해 생산 비용을 10분의 1 수준으로 낮추는 것이 목표”라고 말했다.이들을 통해 iPSC(유도만능줄기세포), 조혈줄기세포, 신경세포, 오가노이드 등이 미세중력에서 어떻게 성장하고 분화하는지 실험중이다.
iPSC 기반 인공혈액 생산 공정이 대표적이다. iPSC는 피부세포나 혈액세포를 되돌려 만든 만능세포로, 이론적으로는 혈액·신경·심장 등 거의 모든 조직을 만들어낼 수 있다. 그러나 현재 기술로는 320cc 한팩을 생산하는 데 약 1억5000만원이 들어 상용화까지는 여전히 갈 길이 멀다.
주 센터장은 “CAR-T(카티)처럼 혈액 유래 성분을 대량으로 활용하는 치료가 늘면서 혈액 수요도 계속 증가할 것”이라며 “배양 수율을 개선해 생산 비용을 10분의 1 수준으로 낮추는 것이 목표”라고 말했다.
실제 우주 환경에서의 검증도 추진 중이다. 국내 위성 개발사 루미르와 공동 개발 중인 ‘우주용 바이오리액터 모듈’은 2027년 말 스페이스X 발사체를 통해 지구 저궤도로 올라갈 예정이다. 위성 내부에서는 2~3개월 동안 세포를 무인 상태로 배양하며 영양 공급, 노폐물 제거, 온·습도 조절을 자동으로 수행한다. 주 센터장은 “한국은 아직 장기간에 걸쳐 우주 배양을 해본 경험이 없다”며 “이번 실험이 성공하면 국내 우주의학이 국제 무대에 첫발을 내딛는 전환점이 될 것”이라고 말했다.
2028~2029년에는 ISS에 자체 제작 모듈을 보내 우주비행사가 직접 실험하는 유인 프로그램도 추진된다. 센터가 구상한 로드맵은 지상 모사, 무인 실증, 유인 실험으로 이어지는 3단계 전략이며 이번 ISS 탑재는 그 마지막 단계다. 다만 우주의학은 연구 기획, 실험 기술과 같은 ‘소프트웨어’뿐 아니라 이를 실제 우주에서 구현할 ‘하드웨어’가 함께 갖춰져야 한다는 게 주 센터장의 설명이다.
그는 “세포가 담길 작은 배양 용기부터 위성, 발사체까지 하드웨어 인프라가 받쳐주지 않으면 도전 자체가 불가능하다”며 “정부와 산업계가 장기적 관점에서 기반을 마련해야 국내 우주의학이 연구 수준을 넘어 산업 단계로까지 확장될 수 있다”고 말했다.