우주 탐사에 대한 상업적, 정부적 관심이 증대하면서 인간 세포의 가속화된 노화라는 심각한 생물학적 난관에 직면해 있다. 국가 주도 임무와 민간 기업 모두 지구 궤도 너머의 장기 체류를 목표로 함에 따라, 미세 중력이 신체에 미치는 생리적 부담을 이해하고 완화하는 것이 무엇보다 중요해졌다. 우주 비행사에 대한 이전 연구를 바탕으로 한 최근의 획기적인 연구는 신체 복구 메커니즘에 필수적인 줄기세포가 우주에서 놀라운 속도로 노화됨을 밝혀냈으며, 이는 심우주 여행과 인류 건강의 미래에 중대한 장애물임을 강조한다.
이전 연구들은 우주 비행이 인체에 미치는 심각한 영향을 일관되게 기록해 왔다. 이는 골밀도 손실, 뇌와 눈의 신경 부종부터 유전자 발현 변화에 이르기까지 다양하다. Science지에 발표된 NASA의 2019년 획기적인 ‘쌍둥이 연구’는 특히 일란성 쌍둥이 우주 비행사 스콧 켈리가 340일간의 임무를 마친 후 6개월이 지나도 DNA 손상, 인지 기능 저하, 그리고 염색체 보호 캡인 텔로미어 단축을 겪었음을 강조했다. 이러한 발견들은 우주 환경이 생물학적 노화 과정을 빠르게 가속화한다는 것을 종합적으로 시사한다.
미세 중력에서의 가속화된 세포 노화
Cell Stem Cell 저널에 발표된 새로운 연구는 우주 비행 스트레스 하에서 줄기세포 자체가 뚜렷한 노화 징후를 보인다는 것을 입증함으로써 이러한 이해를 크게 확장했다. 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스 샌포드 줄기세포 연구소 소장이자 이 연구의 주 저자인 캐트리오나 제이미슨 박사는 놀라운 가속화를 보고했다. 이 중요한 세포들은 “지상에서보다 우주에서 10배 더 빠르게” 노화된다는 것이다. 줄기세포의 이러한 가속화된 노화는 신체의 조직 및 장기 복구 능력을 직접적으로 손상시키기 때문에 특히 우려스럽고, 이는 우주 비행사들을 암, 신경 퇴행성 질환, 심장병과 같은 만성적인 노화 관련 질환에 취약하게 만들 수 있다.
이 연구를 위해 과학자들은 인간 골수에서 줄기세포를 채취하여 ‘나노생물반응기'(작고 투명한 혈액 주머니)에 보관하고 특수 CubeLab 용기 내에서 모니터링했다. 각 환자 샘플은 나뉘어, 하나의 CubeLab은 우주로 보내지고 다른 하나는 지상 대조군으로 사용되었다. 우주로 향하는 샘플들은 SpaceX 상업 보급 임무를 통해 국제 우주 정거장으로 운반되어 32일에서 45일 동안 미세 중력 상태에 있었다. 귀환 후, 연구원들은 우주에 노출된 세포와 지상 대조군 세포를 게놈 시퀀싱 및 기타 첨단 테스트를 사용하여 면밀히 비교했다.
연구 결과는 미세 중력에 노출된 줄기세포에서 가속화된 노화의 명확한 징후를 확인했다. 여기에는 염증 신호 증가, 텔로미어 유지 감소, 그리고 유전 코드 내 복제 오류 증가로 돌연변이를 유발할 수 있는 유전체 불안정성 증가가 포함되었다. 원래 쌍둥이 연구에 참여했지만 이번 새 연구에는 관여하지 않은 와일 코넬 의과대학의 유전학자 크리스토퍼 메이슨은 이 연구가 “확실히 노화의 증거”를 제공하며, 우주 비행의 분자적 영향, 특히 빠른 면역 반응에 대한 이전 이해를 “기반으로 크게 확장한다”고 인정했다.
우주 및 지상 건강에 대한 시사점
이 연구의 시사점은 광범위하다. 정부와 민간 기업이 달 탐사, 화성 탐사, 심지어 우주 관광에 계속 투자함에 따라, 이러한 건강 위험에 대한 철저한 이해는 우주 비행사의 안전과 임무 성공에 필수적이다. 더욱이, 미세 중력에서 관찰된 세포 노화의 빠른 가속화는 지구상의 노화 관련 생물학적 과정의 더딘 진행에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있다. 제이미슨 박사는 이 연구가 노화 관련 질병의 새로운 메커니즘을 밝혀냄으로써 우주 여행자와 고령화되는 전 세계 인구 모두에게 이로운 새로운 치료 전략의 길을 열 수 있을 것으로 기대한다.
제이미슨 박사가 밝힌 궁극적인 목표는 “스트레스나 염증 조건 하에서 줄기세포 노화를 예측하고, 예방하며, 되돌리는” 방향으로 나아가는 것이다. 이 과학적 개척은 미래의 우주 개척자들을 보호할 뿐만 아니라, 지구적 규모에서 수명과 질병에 대한 우리의 이해를 증진시킬 것을 약속한다.