SBS 한국어 프로그램 새해특집 호주 한인 과학자대담 시드니대 의공학부 인공 뇌 연구 조안나 박사 Source: SBS
Published 13 January 2024 10:00am
By Clara Hwajung Kim
Source: SBS
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줄기세포와 조직공학을 융합한 3차원의 인공 뇌조직 개발 연구로 최근 국제적으로 주목받는 조안나 박사와의 대담에서 개인 맞춤형 인공뇌 모델을 통한 질환 연구의 혁신적인 가능성과 코로나19로부터 얻은 뜻밖의 성과에 대한 통찰력을 살펴본다.
KEY POINTS
- 뇌는 건강과 별개로 사람으로서 인지를 할 수 있는 장기이기에 뇌 과학 연구 특히 중요
- 줄기세포와 조직공학을 융합한 인공 뇌 개발로 개인 맞춤형 질환 연구에 혁신 가능성
- 인공뇌 모델을 통해 코로나가 뇌의 인지능력 저하에 영향을 주는 연구 한 달 안에 도출
- 2020년 호주 이민, 인맥 및 학연 지연이 없는 상태에서 시드니대 Lecturer가 되기까지
노벨상 과학 부문 수상자들이 자신의 핵심 연구를 처음 시작한 평균 연령이 37.9세로 나타났다. 호주는 와이파이(WiFi) 기술이 개발된 곳으로 노벨상 수상자가 13명 배출된 과학·IT 강국이다. SBS 한국어 프로그램은 2024 새해 특집 대담 시리즈로 호주 과학의 미래를 비출 차세대 호주 한인 동포 과학자 6인을 만나본다.
유화정 PD(이하 진행자): 우리 뇌는 인간의 가장 복잡한 요소인 감정과 정신, 인지 능력을 만들어냅니다. 복잡한 시스템인 만큼 과학자들이 밝혀내지 못한 미지의 영역이기도 한데요. 새해 특집으로 꾸미는 호주 한인 과학인 대담, 사람의 뇌를 모사한 인공 뇌 조직 개발 연구에 박차를 가하고 있는 뇌 과학자 조안나(Ann-Na Cho) 박사를 만나봅니다. 안녕하세요?
조안나 박사 (이하 조안나): 안녕하세요.
진행자: 네 반갑습니다. 사람을 처음 만나면 상대방의 뇌 구조부터 그려보시지 않을까 싶은데요? (웃음) 먼저 자기소개 부탁드립니다.
조안나: 안녕하세요. 저는 조안나이고요. 1990년생 34세가 될 것 같습니다. 제가 산수가 약해서.. 그리고 저는 연세대 생명공학과 석 박사 졸업을 하고 현재는 University of Sydney에서 Lecturer로 연구를 하고 있는 사람입니다. 줄기세포 공학이 메인 연구 분야이고 구체적으로는 줄기세포와 조직공학, 그러니까 stem cell과 tissue engineering을 융합하여 인공적인 사람 뇌 조직을 만드는 연구를 하고 있습니다.
진행자: 나이까지 자세하게 밝혀주셨어요. (웃음) 줄기세포가 가진 가능성은 무궁무진하다고 알고 있습니다. 하지만 이 줄기세포를 이용해 인공 뇌를 만든다는 건 일반인들에게는 아직 생소한데요. 그런데, 조안나 박사님의 주요 연구 실적이 국제 학술지 네이처에 게재됐다는 보도가 있었어요. 자세히 어떤 내용인가요?
조안나: 개인의 피부 세포에서 유래한 개인 맞춤 줄기세포를 이용하여 대부분 발생학적으로 발달하는 예를 들면 간세포, 심장세포 등 다양한 세포로 제작하는 실험 프로토콜이 많이 발표가 되었는데, 특히 최근에 각광받고 있는 분야는 3차원의 인공장기 그러니까 2차원의 단일 세포가 아닌 3차원의 형태 그대로의 장기를 제작하는 기술이 차세대 연구 분야로 떠오르고 있습니다.
제 연구 분야는 인공 3차원 뇌를 더 정교하고 기능성 있게 구현하는 것이고, 대표적인 논문으로는 2021년도 네이처 커뮤니케이션스에 발표한 실제 인간의 뇌 화학적 물리적 환경을 조직공학 기술을 이용하여 기존의 밀리미터 크기보다 큰 센티미터 사이즈의 인공뇌를 제작하였고, 뇌의 기능성도 태아 상태보다 성숙한 신생아의 뇌 기능성을 모사하였습니다.
Dr. Ann-Na Cho: Guest lecture at Macquarie Medical School talking about human pluripotent stem cell and organoid technology
진행자: 인공뇌가 신생아의 뇌 수준에 가깝게 모사됐다고요?
조안나: 네 그리고 이제 또 다른 성과로는 이 논문에서 개발한 화학적 물리적 배양 기술 각각이 한국 특허에 등록이 되었고 그에 따라 미국과 유럽의 특허에도 등록할 수 있었습니다. 그리고 현재 기술 이전이 되어 상품화를 통해 실제 다른 연구진들의 뇌 과학 연구를 돕고 의학적 약물 개발 등등에 사용되고 있습니다.
진행자: 정말 괄목할 성과네요. 뇌과학은 여러 지식이 결합되는 다학제 학문으로 그 범위가 아주 다채롭고 광활하다고 알고 있습니다. 뇌과학은 어떤 중요성이 있을까요?
조안나: 뇌과학은 우선은 뇌과학이라는 정의는 뇌의 발생학을 연구하고 뇌가 어떻게 정상 기능을 하는지, 뇌가 어떻게 하여 질환으로 발생이 되는지를 연구하는 분야입니다. 그리고 이제 다른 장기 다른 질환과는 다르게 뇌 질환이 생기면 사람으로서 인지 능력을 할 수 없기 때문에 이것이 건강과 별개로 사람으로서 인지를 할 수 있는 장기이자 연구 분야이기 때문에 중요하다고 생각을 합니다.
그리고 특히 제가 요즘에 주목하고 있는 질환으로서는 코로나와 같은 팬데믹 질환도 있지만 아동 뇌질환에 대해 특히 주목을 하고 있습니다. 그 이유는 치매와 같이 많은 사람들이 연구를 하는 분야 혹은 아직까지는 그래도 질환을 이해하고 어떤 메커니즘인지 연구할 수 있는 시간이 많은 연구와 비교해서 아동 뇌질환의 경우에는 보통 10년 미만으로 세상을 떠나는 경우가 많기 때문에, 그래서 치료제를 개발하는 것이 가장 급선무라고 생각을 하기 때문에 요즘에 제가 특히 그쪽으로 연구를 진행을 하고 있습니다.
Dr. Ann-Na Cho: Photo of laboratory incubator growing lab-grown brain organ model “brain organoid”
진행자: 그러면 진행하는 현 연구의 미래는 어떻게 내다보고 계세요?
조안나: 네 현재 전반적인 과학계의 큰 한계점 및 문제점으로 실험동물을 통한 실험은 사람과의 차이점이 많아서 10 million 개의 약물을 10 billion 달러의 비용을 들여서 10년이 넘는 과정 동안 전 임상 실험을 진행해도 하나의 치료제조차 개발하지 못한 질환들이 많습니다.
그래서 FDA가 실험동물이 전 임상 단계에 필수적이지 않다는 발표(2023년)를 하였고 그 이후로 인간의 장기와 비슷한 오가노이드 (organ + oid = organoid) 연구가 더 각광을 받게 되었습니다.
진행자: 그러니까 1천만 개의 약물을 1조 원의 비용을 들여 10년간 임상 실험을 진행해도 하나의 치료제 개발조차 어렵다는 거네요. 그리고 이제 말씀하신 인간의 장기와 비슷한 오가노이드 연구, 앞서 주 연구 분야라고 하신 그 3차원의 미니 인공장기를 만드는 기술인 거죠?
조안나: 네 2012년도에 노벨상을 수상한 인간 유도만능 줄기세포 (human induced pluripotent stem cell)와 장기 유사체 3차원 오가노이드 기술이 접목된다면, 개개인의 환자의 장기를 모사하는 생체 외 모델을 만들어서 이 모델을 이용하여 개인 맞춤 질환 모델링을 진행해 개개인의 병변 현상을 이해할 수 있고 이에 따라 개개인에 특화된 약물 및 치료제를 개발할 수 있다는 중요성이 있습니다. 하지만 아직까지 완전한 장기를 유사하지 못하여 여러 조직공학적인 방법 저를 예를 들자면 하이드로젤 혹은 마이크로 디바이스를 통해 더 크고 기능성이 있는 장기를 제작하는 것이 미래의 연구방향입니다.
진행자: 그렇군요. 이제 그 중요성과 필요성을 조금 이해할 수 있겠네요. 역사적으로 볼 때 페스트나 스페인 독감과 같은 재난에 가까운 전염병이 발생할 때마다 이에 대응하기 위한 과학적 연구가 활발히 이루어져 왔죠. 코로나 팬데믹 역시 신속하게 백신 및 치료법을 개발하는 계기가 됐는데요. 코로나19를 통해 우리 조안나 박사님의 연구에도 괄목할 만한 성과가 있었다고요?
조안나: 네 코로나로 전 세계가 크게 영향을 받았을 때 저희 팀이 구축하고 있던 인공뇌 모델을 통해 코로나가 브레인 포그(brain fog) 그러니까 뇌의 인지능력 저하에 영향을 주는 연구를 한 달 안에 도출할 수 있었습니다.
Dr. Ann-Na Cho: Invited talk from IBMD Research Week organised by Distinguished Professor Dayong Jin.
진행자: 한 달 안에요?
조안나: 네 이를 통해 개개인의 유전자 정보를 보유한 인공장기를 통해 사람에게 특정적으로 일어나는 질환 및 개인 간의 차이가 있는 질환을 더 빠르고 정확하게 이해할 수 있다는 중요성을 알게 되었고, 사이언스지에서도 이 공동 연구 중에서 특히 실험실에서 제작한 인공뇌 가능성에 대한 뉴스가 더 하이라이트 되게 되었습니다.
진행자: 코로나를 통해 얻은 뜻밖의 결실이네요.
조안나: 개인적으로도 이 공동 연구가 연구의 큰 전환점이 된 계기였는데, 기존의 몇 년간 지속돼야 하는 연구 예를 들면 치매 등등은 인간의 역사와 오랜 시간 같이 한 질환이다 보니 연구를 하는 과학자들도 많고 메커니즘 연구를 심도 있게 할 수 있는 시간이 많은 것에 반해 바이러스 혹은 예상치 못한 병원체가 사회적으로 큰 영향을 미치는 코로나 팬데믹 같은 상황이 되었을 때, 개개인의 유전자를 가지고 있는 인공장기 모사체를 통해 감염에 대한 빠른 이해와 효율적인 치료제를 개발할 수 있는 가능성과 중요성을 인지하여 바이러스학과 유전체학 전문가인 김기욱 박사와 함께 매우 흥미로운 연구를 같이 할 수 있을 것 같은 즐거움이 있습니다.
진행자: 앞으로의 구체적인 청사진이 그려졌네요. “흥미로운 연구를 하게 돼 즐겁다” 과학자다운 아주 멋진 표현입니다. (웃음)
조안나: (웃음) 2023년의 가장 큰 성과는 박사 후 연구원 과정을 지나 연구교수로서 자율성이 제한된 직급에서 연구를 하다가 이번 달인 2024년도 1월부터 University of Sydney에 제 실험실을 차릴 수 있는 Principal Investigator (PI)로서 오퍼를 받았다는 점입니다. 그래서 2024년도의 목표는 다양한 과학적인 이해를 돕기 위하여 다양한 장기 모사체인 오가노이드를 제작하고 각각 필요한 공동 연구진들에게 공급해 주고, 또 저의 연구 분야인 신뢰성(reliable) 있는, 가능성(feasible)있는 인공장기 모델을 만들어 실제로 인류에게 도움이 될 만한 연구를 할 수 있는 연구자가 되고 싶습니다. 그러기 위해서는 대학원생 및 학부생을 선발하여 좋은 연구가 빠른 시기에 진행될 수 있도록 할 계획입니다.
진행자: 네 개인 실험실 갖게 되신 거 축하드립니다. 그런데 호주 정착은 그리 오래되지 않으신 걸로 알고 있어요.
조안나: 2020년도 10월에 시드니에 도착한 지 3년이 막 넘은 4년 차가 되었습니다. 남편이 호주 한인 1.5세대이고 이제 호주 뉴사우스웨스 변호사라서 국한된 지역에서만 전문적인 일을 할 수 있어 전 세계 어디든 직장을 구할 수 있는 PhD의 장점을 살려 호주로 오게 되었습니다.
Dr. Anna Cho – Best Research award from 2017 Annual conference organised by Korean Stem Cell Society
진행자: 전 세계 어디든 갈 수 있는 거예요? PhD, 그런 장점이 있었군요. 오랜 기간 한국에서의 연구 경험에 비춰 볼 때 한국과 호주의 연구직을 비교해 보면 어떤 부분에 장 단점들이 꼽아지던가요?
조안나: 한국에서의 장점은 다른 분야와 마찬가지로 서로 간의 경쟁을 통해 서로의 연구를 빠르게 발전해 나갈 수 있다는 점이고, 단점은 그로 인해 사람 간의 충돌에서 일어나는 스트레스와 빨리 해야 된다는 압박감에서 오는 심리적인 고충이 있습니다.
진행자: 그렇죠.
조안나: 그리고 호주에서의 장점은 대학원을 통해 연구에 대한 기초 지식을 쌓은 후 갈 수 있는 직군이 다양하고 병원, 연구원, 대학, 사기업 그리고 그에 각각에 맞는 대우를 해준다는 점이 있습니다. 그리고 단점은 아직은 조금 늦은 연구의 진행으로 인하여 빠른 연구 분야에 대한 이해가 부족해 정부처에서 지원금을 받는 펀딩에 대한 성공률이 최신 연구 분야를 진행하는 젊은 과학자들에게는 쉽지 않다는 점이 있습니다.
진행자: 뇌과학 분야에서 호주의 기술은 한국과 어느 정도 차이가 있다고 보시나요?
조안나: 다양한 분야의 과학자들이 보통 호주는 10년 정도 이제 세계를 선도하는 국가들에 비해 연구가 느리다고들 말을 합니다. 제가 가진 대부분의 기술은 한국 대학원 과정에서 10년 전에 7년 정도 간 습득 하였고, 호주에 와서 보니 제 연구 분야가 이제 막 시작을 하려고 하는 것을 보니 어느 정도 맞는 이야기라고 할 수 있습니다. 하지만 호주의 과학 연구는 비교적 5년 혹은 10년 정도 느리지만 심도 있는 이해를 추구하고 빠른 성과보다는 면밀하게 연구하는 장점이 있어 다양한 호주 동료 연구진들과 함께 다양한 측면에서 인공뇌 인공장기를 통해 질환을 모델링하고 치료제를 개발하고자 합니다.
그리고 기술적인 차이와 마찬가지로 문화적인 차이도 매우 큰데 한국인 연구자로서 가장 큰 단점은 서로 이끌어줄 수 있는 같은 네트워크, 예를 들면 한국 배경의 연구자들이 호주에는 많지 않아 얻을 수 있는 정보가 적다는 점입니다. 그래도 가장 큰 장점으로 꼽자면 호주에서 근래 한계점들을 많이 인식하고 한국을 포함하여 여러 선진국가들에서 온 과학자들의 독자적이고 독립적인 연구를 많이 지원한다는 점입니다.
Mechanobiolgy meeting for ARC LIEF 2023 grant team.
진행자: 그렇군요. 우리 조안나 박사님의 경우 한국에서 자라고 공부하고 전문 분야 연구를 7년 간 지속하다 호주로 이민을 오게 된 경우라 관련 분야에서 호주 정착 초기에 여러 어려움이 있었을 것이라 봅니다. 가장 힘들었던 기억을 떠올린다면 어떤 것일까요?
조안나: 우선 저는 특히 인맥 및 학연 지연이 전혀 없는 상태여서 좀 더 고충이 컸던 것 같습니다. 박사 후 연구원으로 불리는 postdoctoral researcher로서 어느 실험실에 가는 것이 좋은 선택인지 혹은 대학, 연구소 등등 어느 길이 어느 길을 선택하면 제 미래에는 어떤 길이 있을지에 대한 정보가 전무하였습니다. 제 친척 및 남편들의 가족들이 호주 시드니에 많았어서 받을 수 있는 다른 정보 및 지원들과 비교해 과학자로서 어떤 선택을 하는 것이 옳은가에 대한 정보와 판단의 근거가 많이 부족하였습니다. 그래서 이제 제 첫 직장은 제 연구 분야와 맞지 않는 곳이지만 저를 채용해 주는 곳에 아주 짧은 계약 기간으로 일했고.
진행자: 아 일단 (웃음)
조안나: 네 (웃음) 그리고 두 번째 직장은 저의 이제 기술을 이용하려고만 하는 저의 개개인의 삶과 커리어에 존중이 없는 곳으로 가게 되었습니다.
진행자: 그게 무슨 얘기예요?
조안나: 이제 가장 큰 힘들었던 일은 제가 뉴사우스웨일스 COVID락다운 기간 동안 불철주야 연구했던 내용에 대한 뉴스 인터뷰를 제 이름과 저를 제외하고 대중들에게 공개되었던 것이 가장 큰 경험이자 크나 큰 상실감을 주는 계기였고, 그래서 사실 이전 소속된 연구실에 대한 좋은 기억들이 없어서 아쉽습니다.
진행자: 말씀까지 더듬는 걸 보면 그때 기억이 다시 떠올려지시나 본데요. 그런 일도 있을 수 있군요. 얼마나 속상하고 상심되셨겠어요. 이제는 잘 치유되셨기를 바라고요. 그러면, 저희가 또 좋은 기억을 또 찾아보죠. 과학자가 되겠다는 야무진 꿈을 가진 건 언제부터였어요?
조안나: 연구를 시작할 수 있었던 것은 부모님 덕분입니다. 한국에서 이과생이라면 모두가 의학전문대학 혹은 약학대학을 꿈꾸고 계획하고 대학에 들어가서도 대부분의 동기 및 학과생들이 그 길을 갔었습니다. 지금은 더 심각하게 과학자로서 길을 가야 될 이과생들이 직업의 안정성을 위해 의사의 길로 유출된다는 뉴스를 최근에 보았습니다. 그러나 저는 어떤 계기인지는 기억이 나지 않지만 어릴 때부터 주변, 사물, 사람 그리고 저 자신에 대한 끊임없는 궁금증이 있었고 “왜?”라는 질문을 스스로 그리고 부모님께 자주 했었던 유년 시절로 기억이 됩니다.
그렇게 되묻다 보니 그러면 사람의 뇌는 어떤 것이 특별하길래 ‘나’라는 사람을 생각하고 인지하고 행동하며 나조차도 답변할 수 없는 나를 조절하는 것인가에 대한 큰 호기심이 십 대 동안 있었고 그로 인해 생물학과를 학부 때 전공하게 되었습니다. 그리고 다양한 강의를 들으면서도 또 다른 다양한 경험을 추구하며, 학부 3학년부터는 여러 연구실 및 대학 연구소 등등의 인턴십을 하면서 제가 진정 원하는 길이 무엇인지 찾아나가게 되었고 결국에는 대학원을 선택하였습니다.
Dr. Ann-Na Cho: The 1st Annual conference organised by Korea Organoid Society where she won first place for the best research award.
진행자: 말씀을 듣다 보니 문득 그 어린 왕자의 명언이 떠올려지는데요.
사막이 아름다운 건 어딘가에 샘이 우물이 숨어 있기 때문이다. 눈으로는 찾을 수 없어 마음으로 찾아야 해” 이 구절이 생각납니다. 뇌에 대한 남다른 호기심과 끊임없는 질문이 지금의 뇌 과학자의 길로 이끈 거네요.
조안나: 네 막연히 뇌 과학에 대한 흥미를 쫓다 보니 뇌 과학자가 되었습니다. 물론 오랜 기간 동안 연구를 하며 미지의 분야를 찾아내는 연구자로서의 삶이 쉽지는 않았고, 특히 학문의 생물 관련 학위 과정은 보통 짧으면 6년 그리고 길게는 10년이라는 것을 감안하면 너무나도 막연하고 막막한 생활을 20대에 하였습니다. 그리고 많은 대학원생들이 그러하듯 거의 학위 과정 말년 차에 학위를 그만둘 결정을 하게 되었습니다. 그때 제 남자친구이자 현재 저희 남편이 이제 물리적으로는 한국과 호주에서 멀지만 정신적으로 많은 지지를 해주었습니다.
진행자: 아 남자친구셨군요. 그 당시에?
조안나: 전공 혹은 하는 일이 전혀 다르지만 제가 하루에 어떤 어려움을 겪었는지 누구와 충돌이 있었고 현재의 감정은 어떤지 그리고 심지어 제 연구 결과에 일희일비한 일들까지도 귀 기울여주는 반려자가 있어 대학원 학위를 마칠 수 있었습니다.
SBS 한국어 프로그램과 인터뷰 중인 조안나 박사 (진행: 유화정 프로듀서)
진행자: 아까 변호사라고 그러셨잖아요? 아주 적당한 직업을(웃음), 이렇게 배려를 잘하시는 분이었군요.
조안나: 그리고 이제 현재까지 호주라는 타지에서 저만의 길을 찾기까지도 지속된 남편의 관심과 무조건적으로 제 결정을 지지해 주시는 부모님의 지원 덕분에 연구자로서의 길을 쉼 없이 나갈 수 있었고, 이제는 제2의 연구자이자 멘토로서의 인생을 시작할 수 있었습니다.
진행자: 부모님의 무조건적인 지지가 있었고 여기에 남편의 격려와 세심한 배려가 연구자의 길을 지속하는 동력이 됐다, 자 이제는 스스로 성장한 과학자로서의 보람도 느끼실 것 같아요.
조안나: 네 과학자로서의 보람은 우선 매 연구를 혼자 기획하고 스스로 느낄 수 있는 연구의 중요성, 그리고 동료 연구자들과 과학적인 이야기를 통해 같이 어떻게 인류에 도움이 될지 이야기할 때마다 너무 보람찹니다. 특히 줄기세포 공학이라는 신생 분야를 과학자 협회에 발표하고 소개할 때마다 많은 관심을 받을 때, 그리고 다음 세대인 어린 학생들에게도 흥미로운 내용으로 들릴 때도 매우 즐거운 시간인 것 같습니다.
그리고 과학자로서의 제 신념은 이것이 과연 나에게 그리고 우리 가족들에게 적용될 수 있는 연구인지에 대해서 깊이 생각하고 정말 도움이 될 만한 연구를 하는 것입니다. 99.9%의 확률에 기대어 0.1%의 위험이 있을 만한 치료법 혹은 치료제 개발은 무책임하다고 생각하고 제 스스로에게도 당당할 수 있는 연구를 추구하는 것이 제 가장 큰 신념입니다.
진행자: “스스로에게도 당당할 수 있는 연구를 추구하는 것이 나의 가장 큰 신념이다” 이 말씀에 큰 믿음이 갑니다. 과학도를 꿈꾸는 후배들에게 한마디 조언을 주신다면요?
조안나: 앞으로 좀 더 바라는 것은 사회적인 흐름, 그리고 대다수의 선택에 의한 직종 및 전공을 선택하는 것이 아니라 저희와 같이 인류에게 조금이나마 보탬이 되고 의미 있는 연구를 할 수 있는 젊은 세대 및 학생들의 많은 관심이 있으면 좋겠습니다.
진행자: 말씀처럼 앞으로 더 많은 인재들이 인류에게 보탬이 되는 의미 있는 도전에 함께하길 기대해 봅니다. 함께해 주셔서 고맙습니다.
조안나: 감사합니다.
진행자: 새해 특집으로 꾸미는 호주 한인 과학인 대담 젊은 뇌 과학자 시드니대 조안나 박사님이었습니다. 진행에 유화정이었습니다.
제 스스로에게도 당당할 수 있는 연구를 추구하는 것이 제 가장 큰 신념입니다.조안나 박사
