살아있는 것도, 죽은 것도 아닌: 약물 테스트에 사용되는 신체에서 분리된 인간의 뇌

커네티컷주 뉴헤이븐—불과 하루 전만 해도 이 뇌는 살아있는 사람의 몸 안에 있었습니다. 이제 주인은 사망한 지 몇 시간이 지났고, 뇌는 수 리터의 혈액 대용액과 기타 액체를 장기에 펌프질하여 산소를 공급하고 노폐물을 제거하는, 떨리는 튜브들이 덮인 카트 위에 놓여 있습니다. 주요 기능 대부분은 온전하지만 마취제에 의해 전기적 활동이 억제된 상태로, 이 뇌는 삶과 죽음 사이를 표류하고 있습니다. 실험용 약물을 대사하는 동안 센서는 뇌의 반응을 기록하며, 세포, 단백질 및 생리학에 관한 수백 개의 데이터 포인트를 포착합니다. 그런 다음 이 상태로 24시간이 지나면, 더 상세한 연구를 위해 수백 개의 조각으로 절단될 것입니다.

이 뇌는 5년 차 바이오테크 스타트업인 Bexorg가 BrainEx라고 부르는 독자적인 뇌 유지 장치 세트를 사용하여 배양하고 연구해 온 700개 이상의 뇌 중 하나입니다. 이 플랫폼은 연구자들에게 파킨슨병 (Parkinson’s), 알츠하이머 (Alzheimer’s), 또는 근위축성 측삭 경화증 (amyotrophic lateral sclerosis)과 같은 신경 퇴행성 질환 (neurodegenerative diseases)을 가진 뇌 내부에서 잠재적 치료제가 어떻게 작용할 수 있는지에 대한 면밀한 관찰 기회를 제공합니다. Bexorg는 뇌의 생검 (biopsy)을 통해 약물이 세포 내에 얼마나 오래 머무는지, 분자 표적 (molecular target)에 도달하는지, 그리고 부작용의 징후가 있는지 등을 발견할 수 있습니다.

개발자들은 이 시스템이 실험 동물이나 배양 접시 안의 세포보다 약물 테스트를 위한 훨씬 더 현실적인 조건을 약속한다고 말합니다. Bexorg의 공동 창립자이자 CEO인 의사 Zvonimir Vrselja는 전체 뇌에는 수십 년간의 환경 노출, 약물 치료 이력, 그리고 실험용 약물에 대한 반응에 영향을 미칠 수 있는 고유한 유전학이 포함되어 있다고 말합니다. “당신은 60년에서 80년 동안 그 자리에 있었던 세포를 얻게 되는 것입니다.”

피츠버그 대학교 (University of Pittsburgh)에서 신경 퇴행 (neurodegeneration)을 연구하는 Bruna Bellaver는 보존된 뇌가 특정 치료제에 대한 반응에서 살아있는 뇌와 일치한다는 내용을 보고한 2025년 포스터를 포함하여 초기 결과가 고무적이라고 말합니다. 그녀는 이 플랫폼에 대해 “마우스 모델 (mouse models)보다 훨씬 더 큰 진전입니다”라고 말합니다.

Bexorg는 대체로 대중의 주목을 받지 않은 채 조용히 활동해 왔습니다. 창립자들은 돼지 뇌를 이용한 초기 실험 외에는 그들의 연구에 관한 논문을 발표한 적이 없지만, Vrselja는 인간의 뇌를 대상으로 한 첫 번째 논문을 준비 중이라고 말합니다. 이제 이 회사는 규모를 확장하며 새로운 관심을 끌어모으고 있습니다. 지난주 Science가 방문한 새로운 실험실 공간에는 연간 최대 1,600개의 뇌를 절단하는 과정을 자동화하고, 각 뇌에서 11,000개의 단백질을 분석하기 위한 1.2미터 높이의 로봇 팔이 설치될 예정입니다. 오늘 열리는 미디어 행사에서 회사는 Bexorg의 조립 라인 공정을 선보일 예정이며, 이 신체에서 분리된 뇌들이 윤리적 선을 넘지 않으며 의식을 회복할 위험도 없다는 점을 대중에게 확인시켜 주고자 합니다.

이 뇌들로부터 얻은 통찰력은 곧 시험대에 오를 것입니다. Bexorg의 협력사 중 하나인 제약 회사 Biohaven은 Bexorg의 뇌에서 수집된 데이터에 일부 기반하여, 질환이 있는 뇌의 에너지 공급을 촉진하기 위한 약물의 임상 시험을 시작할 예정입니다. Biohaven의 최고 과학 책임자(CSO)인 Bruce Car는 이 시스템이 동물 모델이나 세포 모델보다 치료제의 안전성과 효능을 더 잘 예측함으로써, 전통적인 신약 개발 과정에서 수년의 시간과 수백만 달러의 비용을 절감할 수 있을 것이라고 생각합니다. 그는 지금까지 "이 기술은 약속되었던 모든 것을 보여주고 있다"라고 말합니다.

BrainEx 기기들은 Vrselja, 신경과학자 Nenad Sestan, 그리고 그들의 동료들이 10년 전 이 아이디어를 구상했던 Yale University가 내려다보이는 사무실 내 6개의 플렉시글라스(plexiglass) 칸막이 안에 놓여 있습니다. 각 뇌를 기기에 넣기 전, 외과의들이 확대경(loupe)을 통해 뇌를 검사한 다음, 과거에 혈액을 공급했던 혈관에 4개의 플라스틱 포트(port)를 봉합하여 뇌가 약물에 반응하고 데이터를 생성할 수 있도록 합니다. 뇌가 BrainEx 기기에 연결되면, 인공 폐와 인공 신장이 장기를 통해 흐르는 액체를 산소 공급하고 여과합니다.

Vrselja와 Sestan은 지역 도축장에서 얻은 돼지의 뇌 기능을 회복시키는 데 이 접근 방식을 처음으로 사용했습니다. 그들은 2019년 Nature 논문에 그 결과를 보고했으며—곧이어 해당 뇌가 의식의 흔적을 보존하거나, 통증을 느끼거나, 기억을 유지할 수도 있다는 우려에 직면했습니다.

New York University Langone Health의 생명윤리학자이자 Bexorg 자문 위원회 6인 중 한 명인 Brendan Parent는 이 뇌들이 최소한의 의식에조차 필요한 조정된 신경 발화 (coordinated neural firing)가 이미 거의 없는 상태라고 말합니다. 하지만 회사는 또한 마취제인 프로포폴 (propofol)을 포함한 여러 조치를 통해 어떠한 전기적 활동도 사전에 차단합니다. Bexorg는 이식용 장기를 기증받는 기관들과 협력하여 뇌를 확보하며, Vrselja는 가족들이 회사의 과정과 목표를 이해하고 나면 그들의 반응은 압도적으로 긍정적이라고 말합니다.

동물 모델 (Animal models)은 특히 뇌 내 약물 테스트와 관련하여 명확한 단점이 있습니다. 생쥐의 뇌로 쉽게 통과하는 약물이 인간의 뇌에서도 동일하게 작용할 것이라는 보장이 없으며, 유해한 과다 복용이나 효과 없는 과소 복용은 유망한 치료법의 진행을 완전히 막아버릴 수 있습니다. "이것은 최상의 상황에서도 바늘귀를 꿰는 것과 같습니다."라고 Car는 말합니다. "때로는 [동물 모델]을 통해 정확히 맞추기도 하지만, 때로는 완전히 놓치기도 합니다."

연구자와 약물 제조사들이 동물 실험 대신 인간 기반 시스템이나 컴퓨터 모델을 채택하도록 유도하려는 미국 정부의 최근 노력 또한 "우리에게 엄청난 순풍 (huge tailwind)"이라고 Vrselja는 말합니다.

이 회사는 현재까지 4,250만 달러를 조달했으며, 여기에는 Bexorg가 금액을 공개하지 않은 여러 보조금과 바이오테크 기업 및 대학과의 파트너십은 포함되지 않았습니다. Bexorg가 직접 개발한 일부 약물을 포함하여 약물을 테스트하는 것 외에도, 이 뇌들은 알츠하이머병의 신경 퇴행 (neurodegeneration)과 같은 질병 과정의 새로운 지표를 밝혀낼 수 있으며, 이는 의사들이 진단 및 모니터링에 유용하게 사용할 수 있습니다.

Vrselja는 이러한 접근 방식이 신경퇴행성 질환 (neurodegenerative disorders)을 연구하는 데 특히 적합하다고 말합니다. 왜냐하면 이러한 질환들은 일반적으로 뇌의 전기적 활동 (electrical activity)을 포함하지 않으며, 기증자의 뇌에는 종종 하나 이상의 질환이 동반되는 경우가 많기 때문입니다. 이는 실험실에서 재현하고 연구하기 어려웠던 현상입니다.

Biohaven의 Car 팀은 Bexorg의 뇌 약 130개를 사용하여 여러 약물을 테스트해 왔으며, 여기에는 Parkinson’s와 같은 질병에서 독성 단백질이 뇌에 축적되는 것을 방지하기 위한 약물도 포함되어 있습니다. 이 약물은 생쥐 (mouse) 모델에서는 표적과 상호작용하지 않았으나, Car는 회사가 처음에 계산했던 것보다 20배 낮은 용량에서 인간의 뇌에 효과가 있었다고 말합니다. 이를 통해 회사는 개발 기간을 1년 단축하고 잠재적인 심각한 부작용의 위험을 방지할 수 있었습니다.

Biohaven은 또한 BHV-8100이라는 화합물을 개발 중인데, 이는 대사 효소 (metabolic enzymes)와 상호작용하여 뇌의 에너지를 증가시키고 뉴런 (neurons)이 포도당 (glucose)을 더 효율적으로 사용할 수 있게 합니다. 이러한 대사 경로 (metabolic pathways)는 많은 신경퇴행성 질환에서 손상됩니다. 미국 식품의약국 (U.S. Food and Drug Administration)은 Bexorg의 뇌에서 얻은 데이터를 바탕으로 BHV-8100의 임상 시험을 시작하려는 Biohaven의 신청을 승인했습니다. 이달 말 회사는 어떤 질병을 목표로 하는지 발표할 예정입니다.

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Bexorg가 확장됨에 따라, Vrselja는 정신 질환 (psychiatric disorders) 및 암 (cancer)을 포함한 다른 질병 영역을 맡게 될 수도 있다고 말합니다. 궁극적으로 연구팀은 치료에 반응하는 뇌 가소성 (brain plasticity)과 같은 장기적인 과정에 대해 훨씬 더 많은 데이터를 수집하기 위해, BrainEx에서 뇌를 최대 2주 동안 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다.

또한 이 회사는 뇌 판독값 (brain readouts), 기증자의 의료 기록, 그리고 뇌 조직의 단백질 및 현미경 데이터 (microscopy data)를 바탕으로 학습된 "가상 뇌 (virtual brain)" 역할을 하는 NeuroLens라는 머신러닝 (machine learning) 모델을 개발하고 있습니다. 이 모델은 궁극적으로 연구자들이 실제 물리적인 뇌에 적용하기 전에도 새로운 약물 분자 (drug molecules)를 테스트할 수 있게 해줄 수 있습니다. 이러한 가상 형태를 통해, Bexorg 실험실에서 정성스럽게 관리된 뇌들은 생명 유지 장치가 제거된 후에도 계속 존재하게 될 것입니다.