서판길 KAIST 초빙석학교수(전 한국뇌연구원장) 〈한국뇌연구원 제공〉


인간의 뇌를 만드는 시대, 과학은 무엇을 책임져야 하는가
찰스 다윈(Chales Darwin)은 “과학의 목적은 새로운 진리를 발견하는 것이 아니라 오류를 없애는 것이다”라고 말했다. 과학은 더 정교한 답을 향해 나아가지만, 진정한 전환점은 새로운 질문에서 시작된다.
오랫동안 생명과학의 토대였던 동물실험이 흔들리고, 인간 세포와 인공지능이 그 자리를 대신하려는 지금, 우리는 기술 변화를 넘어 과학의 사고방식이 바뀌는 전환점에 서 있다. 시험 바다이야기슬롯 관 속 세포에서 시작된 연구는 유전자와 줄기세포를 거쳐 오가노이드와 인공지능으로 확장되었고, 그 흐름은 점점 인간에 더 가까운 모델로 향해 왔다.
최근 미국 식품의약국(FDA)과 국립보건원(NIH)이 제시한 신규접근법(New Approach Methodologies:NAM) 로드맵은 이 변화가 더 이상 실험실 내부의 논의가 아니라, 제도와 쿨사이다릴게임 사회가 함께 감당해야 할 현실임을 보여준다. 특히 인간의 뇌를 모사하는 '뇌 오가노이드(brain organoid)'는 동물실험의 한계를 넘어설 대안이자, 동시에 새로운 윤리적 질문을 던지는 존재다.
우리는 생명을 어디까지 재현할 수 있고, 또 어디까지 재현해야 하는가. 이번 글을 통해 기술의 가능성보다, 과학이 스스로에게 던져야 할 질 골드몽 문을 짚어보려 한다.
동물실험 이후의 과학, 우리는 무엇을 준비하고 있는가
반세기 동안 생명과학의 변화를 지켜보며, 실험실에서 시작된 세포 실험에서, 유전자 재조합 기술과 줄기세포, 그리고 오늘날의 AI와 오가노이드에 이르기까지 과학은 늘 '더 인간에 가까운 모델'을 향해 진화해 왔다.
FDA는 지난해 바다이야기디시 4월, 의약품 개발 과정에서 동물실험 의무를 공식적으로 폐지하고, 인공지능(AI) 기반 독성 예측 모델과 오가노이드 실험을 포함한 NAM 중심의 평가 체계로 전환하겠다는 계획을 밝혔다. 이는 단순한 제도 변경이 아니라, 생명과학 연구의 기본 전제를 다시 묻는 변화다.
NAM은 인간의 장기와 조직을 모사한 오가노이드, 세포 기반 시험법, 컴 모바일야마토 퓨터 시뮬레이션(인 실리코), 화학 반응 기반 평가(인 케미코)를 포괄하는 차세대 평가 플랫폼이다. 이 접근법은 신약 개발 과정에서 동물 사용을 줄이고, 나아가 인간 임상시험의 실패율을 낮출 수 있는 대안으로 주목받고 있다.
윤리적 비판을 받아온 동물실험의 한계를 넘어설 수 있다는 점에서, 시대의 요구와도 맞닿아 있다. 그러나 나는 이 지점에서 과학자로서 한 걸음 물러서 생각해 보고자 한다.
우리는 복잡한 생체를 어디까지 재현할 수 있을까?
인간의 몸은 단순한 장기의 집합이 아니다. 수많은 세포와 조직, 면역과 신경, 호르몬과 대사가 시간과 환경에 따라 끊임없이 상호작용하는 동적 시스템이다. 오가노이드는 분명 인간 장기의 중요한 특성을 정교하게 모사하지만, 아직은 발달 단계의 일부를 재현하는 모델에 가깝다.
AI 역시 방대한 데이터를 바탕으로 예측을 수행하지만, 그 예측은 언제나 입력된 데이터의 한계를 벗어날 수 없다. 이러한 글로벌 환경의 변화는 오가노이드 연구와 관련 산업, 그리고 국가 연구 전략 전반을 크게 흔들 것이다.
규제는 기술을 따라가야 하고, 기술은 윤리를 앞질러서는 안 된다. 지금 우리에게 필요한 것은 유행어가 아니라, 장기적 안목과 과학적 겸손이다.
인간의 뇌를 만든다; 동물실험의 한계를 넘어선 인간 중심 연구
이 문장은 오랫동안 공상과학 소설의 전유물처럼 여겨져 왔다. 그러나 오늘날 과학은 이 문장을 더 이상 은유로만 취급하지 않는다. 줄기세포 기술과 3차원 배양 기술의 결합으로 탄생한 뇌 오가노이드는 실제 인간 뇌의 발달 과정과 구조, 일부 기능을 실험실 환경에서 재현해내는 데 성공하고 있다.
뇌 오가노이드는 흔히 '미니 뇌'라고 불린다. 하지만 이 표현은 자칫 오해를 불러일으킬 수 있다. 뇌 오가노이드는 축소된 완성형 뇌가 아니라, 인간의 줄기세포가 스스로 조직화하며 만들어낸 뇌 유사 구조체다. 이 작은 조직은 뇌질환 연구의 난제에 새로운 가능성을 제시한다.
알츠하이머병, 파킨슨병, 근위축성 측삭경화증과 같은 퇴행성 뇌질환은 전 세계적으로 고령화와 함께 급증하고 있지만, 여전히 근본적 치료법은 거의 없는 실정이다. 살아 있는 인간 뇌 조직에 접근하기 어렵고, 동물 실험은 인간 뇌의 복잡성을 온전히 반영하지 못한다는 한계 때문이다. 뇌 오가노이드는 바로 이 틈새에서 등장한 가장 인간에 가까운 실험모델이다.
뇌 오가노이드가 주목받는 가장 큰 이유 중 하나는 동물실험의 대안이라는 점이다. 기존의 뇌과학 연구는 주로 쥐나 원숭이와 같은 동물모델에 의존해 왔다. 그러나 인간의 기억, 감정, 인지기능은 동물의 뇌로는 완벽히 재현하기 어렵다.
최근 FDA와 EU가 의약품 개발 과정에서 동물실험 의무를 완화하거나 단계적으로 폐지하겠다는 방향을 밝히면서, 대체시험법의 중요성은 더욱 커지고 있다. 이러한 국제적 흐름 속에서 뇌 오가노이드는 단순한 연구 도구를 넘어 제약·바이오 산업의 패러다임을 바꾸는 기술로 자리 잡고 있다.
환자에게서 유래한 줄기세포로 만든 뇌 오가노이드는 '평균적인 인간'이 아닌, 특정 개인의 질병 특성을 반영한 뇌 모델이 될 수 있다. 이는 정밀의학, 즉 개인 맞춤형 치료 전략의 가능성을 크게 넓힌다. 실제로 알츠하이머병 환자 유래 뇌 오가노이드를 활용해 약물 반응을 비교·분석하는 연구들이 이미 현실화되고 있다.
뇌 오가노이드가 보여주는 과학의 진보; 인간의 뇌를 만든다는 것의 의미
뇌 오가노이드 연구는 단순히 질병을 흉내 내는 모델을 넘어서고 있다. 최근에는 대뇌, 중뇌, 소뇌, 해마, 맥락총 등 뇌의 특정 부위를 선택적으로 모사하는 오가노이드가 개발되고 있다. 나아가 서로 다른 오가노이드를 결합한 '뇌 어셈블로이드'는 신경세포와 면역세포, 혈관세포 간의 상호작용까지 분석할 수 있게 했다.
또 하나 주목할 변화는 공학기술과의 융합이다. 미세유체칩과 결합한 '뇌 오가노이드-온-어-칩' 기술은 혈류와 유사한 환경을 제공해 오가노이드의 성숙도를 높이고, 약물 전달과 독성 반응을 더 정밀하게 관찰할 수 있도록 한다.
자동화 배양 시스템과 AI 기반 영상 분석 기술은 오가노이드 연구의 표준화와 대량 활용 가능성을 현실로 만들고 있다. 심지어 일부 연구에서는 뇌 오가노이드의 전기생리 신호를 분석해 학습과 기억과 유사한 반응을 관찰하려는 시도도 이루어지고 있다. 이는 아직 초기 단계이지만, 뇌 오가노이드가 단순한 조직 모델을 넘어 뇌 기능 이해의 새로운 실험장이 될 수 있음을 시사한다.
글로벌 오가노이드 시장규모는 2027년 약 34억달러 규모로 성장할 것으로 전망된다. 이 중 뇌 오가노이드 시장은 약 1억1000만달러 규모가 될 것으로 전망되고 있다. 다른 장기에 비해 복잡하고 어려운 탓에 아직 큰 시장을 차지하지 못한 태동기 시장으로 보인다. 뇌 오가노이드는 세포 수준 뿐만 아니라 일반적인 조직 구조 및 발달 측면에서도 인간의 뇌를 재현하며 뇌 발달 모델링을 제공하고 있다.
한국은 뇌 오가노이드 연구에서 세계적으로 경쟁력을 갖추고 있다. 뇌 오가노이드 연구논문 게제 건수에서 한국은 5위, 특허 출원·등록은 미국, 유럽, 한국, 일본, 중국 순으로 한국이 3위를 차지하여 특허 출원·등록이 활발하게 진행되고 있음을 알수 있다.
줄기세포 기술, 조직공학, 미세유체칩, 바이오이미징 등 관련 분야에서 세계적 수준의 연구성과가 꾸준히 나오고 있으며, 특히 뇌질환 모델링과 신약 개발, 자동화 배양 기술 분야에서는 국제적으로도 주목받는 연구들이 진행 중이다.
그러나 여전히 해결해야 할 과제도 분명하다. 첫째는 표준화다. 뇌 오가노이드는 배양 조건에 따라 개체 간 차이가 크기 때문에, 연구 결과의 재현성과 산업적 활용을 위해서는 엄격한 품질 관리 체계가 필요하다. 둘째는 제도적·윤리적 가이드라인이다. 기술 발전 속도를 제도가 따라가지 못하면 사회적 신뢰는 흔들릴 수 있다.
마지막으로 중요한 것은 장기적 관점의 투자와 인력 양성이다. 뇌 오가노이드 연구는 단기간에 성과를 내기 어려운 분야다. 기초과학, 공학, 의학, 윤리학이 긴 호흡으로 협력해야 비로소 결실을 볼 수 있다.
미래를 향한 선택의 기로에서; 뇌 오가노이드는 질문이다
앞으로 10년, 뇌 오가노이드는 분명 더 정교해질 것이다. 기술적으로는 더 인간의 뇌에 가까워질 것이고, 사회적으로는 더 많은 논쟁을 불러올 것이다. 이때 중요한 것은 속도가 아니라 방향이다.
뇌 오가노이드는 인간의 오만을 상징하는 기술이 아니다. 오히려 인간이 스스로의 한계를 인식하고, 이해하려는 노력의 산물에 가깝다. 우리는 아직 뇌에 대해 모르는 것이 훨씬 많다. 기억이 어떻게 만들어지고, 왜 어떤 기억은 사라지며, 질병은 언제부터 시작되는지 여전히 명확하지 않다.
뇌 오가노이드는 이 질문들에 답하기 위한 가장 정직한 도구 중 하나다. 인간을 모방하지만 인간을 대체하지는 않는다. 생명을 복제하려는 시도가 아니라, 생명을 이해하려는 과학의 태도를 담고 있다.
과학기술은 중립적이지 않다. 어떤 질문을 던지고, 어떤 한계를 설정하느냐에 따라 사회에 미치는 영향은 전혀 달라진다. 뇌 오가노이드 연구 역시 과학적 가능성과 사회적 책임이 균형을 이루는 방향으로 나아가야 한다.
그러나 기술의 진보는 언제나 새로운 질문을 동반한다. 뇌 오가노이드 연구 역시 예외는 아니다. 가장 자주 제기되는 질문은 다음과 같다.
“뇌 오가노이드는 의식을 가질 수 있는가?”
현재 과학계의 공통된 견해는 “그럴 가능성은 매우 낮다”라는 것이다. 현존하는 뇌 오가노이드는 태아 또는 신생아 초기 수준의 발달 단계를 모사하는 데 그치며, 의식이나 자아를 형성할 정도의 복잡한 구조와 입력 체계를 갖추지 못한다. 그럼에도 불구하고, 기술이 빠르게 발전하는 상황에서 윤리적 논의를 뒤로 미루는 것은 위험하다.
특히 동물의 뇌에 인간 뇌 오가노이드를 이식하는 실험, 즉 이종이식 연구는 인간성과 동물성의 경계를 흐릴 수 있다는 우려를 낳고 있다. 또한 장기적으로 뇌 오가노이드가 의료적 이식 대상으로 발전할 가능성까지 고려한다면, 안전성·윤리성·사회적 합의는 필수 조건이 된다.
뇌 오가노이드는 생명윤리의 새로운 시험대다. 단순히 '가능한가'가 아니라, '어디까지 허용할 것인가'라는 질문을 사회 전체가 함께 고민해야 한다.
뇌 오가노이드는 하나의 답이 아니다. 그것은 질문이다. 우리는 인간의 뇌를 얼마나 이해하고 있는가?
과학은 어디까지 허용되어야 하는가? 그리고 인간다움이란 무엇인가?
이 질문들에 대한 답은 실험실 안이 아니라, 사회 전체의 토론 속에서 만들어질 것이다. 뇌 오가노이드는 그 토론을 피할 수 없게 만드는 기술이다. 지금 우리는 이 기술을 신중하게 바라보고 판단해야 한다.
과학은 멈추지 않는다. 그러나 그 방향을 결정하는 책임은 결국 인간에게 있다.
서판길 KAIST 초빙석학교수·전 한국뇌연구원장