2022년 6월 21일, 최초로 우리 기술로 만든 한국형 발사체 누리호 2차 발사가 성공하고, 연이어 올해 5월 23일, 3차 발사가 성공적으로 끝나게 되면서 우리나라는 우주강국 G7(러시아, 미국, 유럽연합(EU), 중국, 일본, 인도, 대한민국)에 진입하게 되었다. 특히 3차 발사는 앞선 1, 2차와는 다르게 실제 활용될 실용위성을 발사하였고, 그 중 카이로스페이스가 개발한 큐브위성 (KSAT3U)은 한반도 지표면을 촬영해 임무에 성공하기도 하였다.

본 연구팀은 2025년에 발사 예정인 차세대중형위성 3호에 탑재될 바이오캐비넷 (바이오 3D 프린터 및 줄기세포 분화 배양기)을 개발 중이다. 이는 우주인의 가장 흔한 질병인 심혈관 연구를 위한 탑재체다. 바이오캐비넷에는 두 종류의 바이오 모듈이 탑재되는데, 첫번째는 우주에서 역분화 심장 줄기세포 바이오 3D 프린팅을 통한 심장 모사체의 박동 및 세포 생존을 관찰하며, 두번째는 편도 유래 줄기세포로부터의 혈관 세포 분화 과정을 관찰하게 된다. 본 연구를 통해 우주에서의 우주인의 심혈관 치료 방안을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.

다음으로는 우주에서 암세포를 배양하고 항암제 반응을 관찰해 세포와 약물의 기전을 밝히는 귀환형 연구 위성체 개발을 수행하게 된다. 이번 연구는 한국연구재단(과학기술정보통신부)의 ‘2023년 STEAM 연구사업(미래융합기술개발 파이오니어 전략형)’에 선정되어 ‘귀환형 자동화 멀티플랫폼 기반 우주 재생 의학 연구 위성체 개발 연구’를 수행한다. 연구 기간은 2023년 4월부터 2027년 12월까지 4년 9개월이다.

이 연구는 국내 최초로 인공위성 궤도상의 미세중력 조건 하에서의 실험을 통해 암세포를 배양하고 항암제 반응을 관찰하여 암세포가 억제되고 사멸하는 기전을 밝히고, 이를 항암치료에 적용하고자 하는 연구로서 우주의생명공학(Space Bio&Medicine)이라는 최첨단 융복합 분야에 속한다. 지구 중력의 100만 분의 1이 작용하는 우주의 미세중력에서는 세포의 양상이 달라진다. 암세포의 경우에는 억제되거나 사멸하기도 한다. 그러나 그 원인과 기전은 아직 밝혀지지 않았다. 따라서 본 연구를 통해서 우주에서의 암세포의 기전분석과 신약 개발에 새로운 패러다임을 제공하고, 국내 최초의 귀환형 우주의생명공학 플랫폼을 통해 우주 의약품 개발의 가능성이 열릴 것으로 기대하고 있다.

누리호가 성공하기 이전에 우리나라는 스페이스 바이올로지라는 과제 자체가 없었다. 더군다나 분야의 특성상 연구는 각국의 비공개 보안과제로 진행되기에 후발주자가 참조할 공개된 연구성과도 없다시피하다. 본 저자는 이비인후과 의사로서 두경부암 등 암세포 연구를 진행해오다가 새로운 원천기술을 확보하는 연구를 이끌어가는 것에 어려움을 느끼던 중, 플랫폼 자체를 혁신해보자는 각오로 2015년경 우주의생명공학에 도전하게 되었다. 그러던 중 2018년 큐브위성(CubeSat) 및 ISS 국제공동개발연구에 참여하게 된 것을 계기로 이 분야에 본격적으로 연구를 진행하게 됐다. 연구를 진행하는 동안 참조할 해외 사례가 없다는 것과 우주산업과 의학의 협업이라는 낯선 분야에 대한 연구비 지원이 적은 난관 속에서도 본 연구팀은 발사체의 진동과 중력을 견디고 우주의 환경에서도 바이오 실험을 수행하고 관찰할 수 있는 모듈제작 기술 등 몇 가지 핵심 기술을 확보했다.

추후 스페이스 바이올로지 분야의 연구 계획으로 위성체에서 약물 및 조직공학 제형을 제작해서 귀환(Return) 할 수 있는 바이오팩토리(BioFactory), 1년 이상 장기간 심우주를 비행하면서 미생물의 미세중력 및 우주 방사선에 생물학적 변화를 관찰할 수 있는 바이오딥(BioDeep), 달 착륙선을 통해 달에서 달 먼지 등의 달에서의 인류를 위협하고 있는 환경 연구를 위한 바이오루나(BioLunar) 등의 연구를 계획하고 있다.

/박찬흠 의학 교수