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동물실험은 동물은 물론 인간을 위해서도 늘려야한다

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[논설위원의 단도직입] “동물실험보다 정확한 대체시험, 동물은 물론 인간 위해서도 늘려야”

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동물실험이 본격화한 것은 19세기부터다. 독성물질이 인간과 동물에 미치는 영향이 같다는 이론이 수용되면서 쥐, 토끼, 개, 원숭이 등을 이용한 동물실험은 생리학 분야의 표준으로 자리 잡았다. 그런데 동물과 사람은 종이 다르다. 연구에 따르면 동물실험의 정확도는 43.5~66.7% 수준이다. 1960년대까지 팔린 임부용 입덧방지제 ‘탈리도마이드’는 전…

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코로나 동물실험 성공

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KBIOHEALTH 오송첨단의료산업진흥재단

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치료제 ⋅ 백신의 임상시험을 위해서는 반드시 동물실험을 통해 사람에게 효과가 있을지를 먼저 확인하고 독성을 검증하는 과정을 진행하게 된다 인류의 수명연장과 질병 극복을 위한 약물 개발의 이면에는 무수히 많은 동물들의 희생이 필수적으로 동반된다

이러한 실험동물의 희생으로 질병을 극복한 대표적인 사례가 소아마비를 예방하는 폴리오바이러스 (poliovirus) 백신이다 이 바이러스는 경구로 감염되어 신경세포를 파괴하고 수족마비나 호흡마비를 유발하여 어린아이를 사망시키거나 심각한 후유증을 남기는 질병으로 인류와 수천 년을 함께 해왔던 전염병으로 알려져 있다
<관련 기사 링크>

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KBIOHEALTH 오송첨단의료산업진흥재단

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KBIOHEALTH 오송첨단의료산업진흥재단

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KBIOHEALTH 오송첨단의료산업진흥재단,(기고문) 코로나19 팬더믹 극복, 실험동물의 숭고한 희생에 감사하며 | 보도자료 | 뉴스 · 홍보

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백신·치료제 안전성 검증테스트 "완벽한 코로나19 모델 위해 노력 중"

24일은 세계 실험동물의 날이다. 영국의 동물실험반대협회가 1979년 제정한 날로, 오늘날에도 많은 실험동물 반대 단체가 대체실험 등 동물실험을 줄이거나 동물의 복지를 향상시키기 위한 노력을 알리고 있다.

올해 세계 실험동물의 날은 분위기가 조금 다르다. 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19, 코로나19)으로 치료제와 백신 개발에 대한 열망이 큰 가운데, 역설적으로 그 어느 때보다 동물실험에 대한 관심이 많아졌기 때문이다. 24일 과학기술정보통신부에 따르면, 세계적으로 치료 허가 범위를 확대해 코로나19에 적용하기 위해 개발되고 있는 치료제가 12종, 신약으로 개발 중인 치료제가 7종 연구되고 있다. 이들을 중심으로 현재 사람을 대상으로 수행 중인 임상시험은 치료제가 100여 건, 백신이 6건이다. 나머지 훨씬 많은 수의 연구가 약물 후보물질 발굴과 인체 세포를 이용한 독성 및 바이러스 농도 저감 확인 실험, 그리고 동물실험 단계를 수행 중이다.

이 가운데 동물실험은 치료제의 초기 효과를 확인하는 중요한 단계로, 인체 세포 실험과 함께 여전히 대다수 연구가 필수적으로 거치고 있다.
1. 쥐 - 인간 ACE2 단백질 갖게 하는 게 핵심

코로나19가 신종 감염병이기 때문에, 동물실험을 할 때에도 가장 큰 관건은 인간과 유사한 바이러스 반응 및 약물 반응을 보이는 동물을 찾거나 만들고, 이를 이용해 실험을 하는 것이다. 일단 코로나19를 일으키는 사스코로나바이러스-(SARS-CoV-2)에 감염돼야 한다. 이 바이러스가 감염되는 데 중요한 역할을 하는 상피세포 표면의 수용체인 에이스투(ACE2) 단백질이 사람의 ACE2와 비슷해야 한다. 또 감염 뒤 사람과 비슷한 감염 증세를 보여야 한다.

가장 널리 연구되고 활용되는 실험동물은 쥐다. 하지만 쥐를 이용해 바로 코로나19 연구를 할 수는 없다. ACE2 단백질이 사람의 ACE2와 많이 다르기 때문이다. 이달 13일 '사이언스'에 따르면, ACE2 단백질 가운데 사스코로나바이러스-2와 가장 먼저 결합하는 아미노산 29개 가운데 실험용 생쥐(마우스)는 11개, 큰 쥐(래트)는 13개가 인간의 서열과 다른 것으로 나타났다.

이 때문에 코로나19 연구를 위해 인간의 ACE2 단백질을 발현시키는 쥐를 먼저 만들 필요성이 제기된다. 다행히 인류는 이미 사스코로나바이러스-2와 가장 비슷한 바이러스가 일으키는 감염병을 한 번 경험했다. 바로 중증급성호흡기증후군(SARS, 사스)다. 2003년 이 병의 유행을 겪은 뒤, 스탠리 펄먼 미국 아이오와대 교수팀은 인간의 ACE2를 지니는 마우스를 개발했다.

하지만 사스 사태가 끝난 뒤 이 쥐는 잊혀졌고, 쥐의 정자만 보관돼 있다 현재는 미국의 비영리의학연구소인 잭슨연구소가 이 유전자변형마우스를 생산하고 있다. 잭슨연구소는 코로나19를 연구하는 전세계 연구실과 기업으로부터 이미 수천 마리의 마우스를 주문 받았으며 5월부터 생산을 할 예정이다. 또 크리스퍼 유전자가위를 이용해 새로운 인간 ACE2 단백질 발현 유전자변형쥐를 개발하고 있다.

국내에서는 국가마우스표현형분석사업단이 치료제와 백신 개발의 전임상시험을 위해 ACE2 단백질을 지니고 폐 병변을 일으키는 유전자변형마우스를 개발 중이다. 성제경 국가마우스표현형분석사업단장은 "바이러스 변이 상황을 고려해 현재 5종의 코로나19 감염 모델 마우스를 제작 중이며 5~6월 새끼를 낳는 것을 목표로 진행 중"이라고 말했다. 모두 ACE2를 바탕으로 제작 중이며 조금씩 특징이 다르다. 연구기관 등에 공급하는 것은 충분한 수가 태어난 뒤인 8월쯤으로 예상된다.
2. 햄스터와 흰족제비(페럿) - 쥐보다 인간과 비슷한 ACE2 단백질 지녀 주목

햄스터와 흰족제비 역시 코로나19와 관련해 새롭게 주목받고 있는 실험 동물이다. 햄스터는 ACE2 단백질에서 사스코로나바이러스-2와 가장 먼저 결합하는 아미노산 서열 28개 중 4개만 사람과 다르다. 쥐보다 훨씬 비슷하다는 뜻이다. 홍콩대 연구팀이 지난달 26일 학술지 '임상감염병' 지에 발표한 연구에 따르면, 8마리의 햄스터를 대상으로 사스코로나바이러스-2를 감염시킨 결과 ACE2 수용체가 많이 발현되는 장기인 폐와 소장을 중심으로 바이러스가 검출됐고 무기력증이나 웅크린 자세, 빠른 숨 등의 증상을 보였다.

흰족제비(페럿)는 폐의 생리학이 인간과 비슷해 인플루엔자 연구에 널리 쓰이는 실험동물이다. 3월 '네이처'에 따르면, 사스코로나바이러스-2 연구에 쓰일 가능성이 제기됐다. 성 단장은 "세계보건기구(WHO) 산하 코로나19 그룹에서 각 실험동물을 사용한 연구 결과들을 공유하고 있다"며 "페럿을 이용한 실험 역시 이뤄져 보고돼 있다"고 말했다.
3. 영장류 - 백신 연구에 중요...중증 코로나19 실험은 아직 불가능

비인간영장류는 인간과 가장 가까운 동물이라는 점에서 가장 유력한 동물실험 대상으로 꼽힌다. 하지만 대형 포유류로 키우고 실험하는 데 많은 시간과 돈이 들고, 지능이 높은 만큼 윤리적 논란에서도 결코 자유로울 수 없다. 하지만 백신이나 항체치료제 등 일부는 영장류 실험 결과가 중요해 널리 연구되고 있다. 코로나19 치료제를 개발 중인 압타바이오의 문성환 사장은 "작은 화합물을 쓰는 치료제는 영장류 실험을 거치지 않지만 영장류 실험은 항체나 백신은 영장류 실험이 필요하다"고 말했다.

이달 9일 과학기술정보통신부와 식약처, 보건복지부에 따르면, 정부도 쥐와 함께 영장류도 코로나19 연구용으로 개발할 계획이다. 과기정통부는 "5월 초부터 치료제 1건과 백신 2건의 영장류 실험에 도입할 계획"이라고 말했다. 류충민 한국생명공학연구원 감염병연구센터장은 "아무리 치료제와 백신을 개발해도 동물실험을 거치지 않고 사람에게 실험하기는 어렵기 때문에 영장류 모델 개발은 코로나19 연구의 가장 큰 병목구간"이라며 "현재 바이러스 감염과 병증을 나타내는 영장류 모델을 붉은털원숭이(히말라야원숭이, 레서스 마카크)를 이용해 두 종 개발 중"이라고 말했다.

붉은털원숭이는 동물실험을 위해 세계적으로도 가장 널리 연구되는 영장류다. 미국국립보건원(NIH) 국립알레르기감염병원구소(NIAID) 연구팀이 3월 21일 논문 사전 공개 사이트 '바이오아카이브'에 공개한 논문에 따르면, 이 원숭이는 바이러스 감염 뒤 약 8~16일 동안 병을 유지하며 폐 영상에서 폐침윤물이 인간과 비슷하게 검출되는 등 유사한 증상을 나타낸다. 코와 목에서 많은 바이러스가 검출되는 것도 똑같다. 연구팀은 "인간의 경증 또는 중간 정도의 증세를 보이는 코로나19 감염 동물 모델로 사용이 가능하다"고 결론을 내렸다.

최근 중국 생명공학기업 시노백은 자체 개발중인 백신의 효과를 검증하기 위해 붉은털원숭이 8마리를 대상으로 한 동물실험을 거쳤다. 23일(현지시간) '사이언스'에 따르면, 중국 기업 시노백 바이오테크는 사스코로나바이러스-2를 화학적으로 처리해 활성을 없앤 뒤 붉은털원숭이에 투약한 뒤 기도에 사스코로나바이러스-2를 감염시키고 3주 뒤 관찰했다. 그 결과 백신을 맞은 원숭이는 한 마리도 코로나19에 감염되지 않았다고 밝혔다. 이들은 19일 바이오아카이브에 올린 논문에서 "고용량 투약 받은 경우 특히 효과가 좋아 접종 7일 뒤 인두와 폐에서 바이러스가 검출되지 않았다"고 밝혔다. 대조군으로 실험에 참여한 네 마리는 모두 감염됐다.

치료제 후보물질로 각광 받는 렘데시비르 역시 이달 중순 영장류를 이용한 동물실험을 거쳤다. 이달 17일 NIH와 길리어드 사이언스가 공동으로 총 12마리의 원숭이를 두 그룹으로 나눠 실험했다. 한쪽에는 감염 뒤 20시간 뒤 렘데시비르를 주사하고 이후 6일간 매일 추가 접종을 했다. 그 결과 접종한 뒤 12시간 뒤부터 투약한 원숭이의 상태가 크게 호전됐다. 기관지와 폐포에서 바이러스 검출도 훨씬 적었고 폐 조직의 손상도 적었다.

인간과 가장 비슷하다고 하는 영장류지만, 단점은 있다. 사람들의 가장 큰 관심사인 중증의 증상이 나타나지 않는다는 점이다. 심각한 폐손상과 자력으로 호흡을 하지 못하는 증상을 시험할 수 없다.
4. 동물실험 거치지 않을 수 있을까

동물실험을 아예 건너뛰어야 하는지는 아직 논란이 있다. 일각에서는 동물을 대상으로 한 실험 결과가 인체를 대상으로 한 실험 결과와 일치하지 않는 경우가 많은 만큼 불필요하게 생명을 희생시키고 비용과 시간을 낭비할 필요가 없다고 주장한다. 예를 들어 에볼라 치료제로 개발되다 최종 임상에서 효과가 부족해 폐기돼 지금은 코로나19용으로 재기를 노리고 있는 렘데시비르의 경우, 영장류를 대상으로 한 실험에서는 효과가 매우 높았다. 하지만 인체 실험에서는 같은 결과가 나오지 않았다.

일반적인 독성실험 등은 일부 대체가 가능해 널리 연구되고 있다. 24일 동물보호단체 휴메인소사이어티에 따르면, 안전성평가연구소는 고속으로 대용량의 독성물질을 거르는 기술인 '톡스스타'를 개발해 운영 중이다. 이 기술은 동물 실험 없이 독성을 예측, 평가해 동물실험을 줄이는 효과가 있다. 바이오솔루션은 인체각막모델로 각막 독성 동물실험을 대신하고 있다. 엘리드시험연구소는 인체피부모델을 이용해 동물실험을 대체하고 있다.

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쥐도, 햄스터도, 영장류도 나섰다...코로나19 해결 나선 실험동물들

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백신·치료제 안전성 검증테스트 "완벽한 코로나19 모델 위해 노력 중" 24일은 세계 실험동물의 날이다. 영국의 동물실험반대협회가 1979년 제정한 날로, 오늘날에도 많은 실험동물 반대 단체가 대체실험 등 동물실험을 줄이거나 동물의 복지를 향상시키기 위한 노력을 알리고 있다. 올해 세계 실험동물의 날은 분위기가 조금 다르다.

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당뇨병 개념 '죽음의 병→관리 가능한 병'으로 변화

1921년 인슐린 발견→1923년 노벨 생리의학상

역사적 사건으로 꼽히는 인슐린 발견은 100년 전으로 거슬러 올라간다. 인슐린은 캐나다 외과의사 프레더릭 밴팅과 당시 의대생이던 찰스 베스트에 의해 발견된다.

이들은 개의 췌장관을 묶어 며칠 기다렸다가 섬 모양의 반점 부분을 떼어내 분석하고, 그 추출물을 당뇨병을 일으킨 개에게 주사하는 실험을 되풀이했다. 실험 대상이된 개가 91마리가 될 때까지 아무런 결과를 얻지 못했지만 92마리째 실험에서 추출물을 주입받은 개의 혈당이 떨어졌다.

처음에 이 추출물은 아일레틴(isletin)으로 명명됐다. 그러나 1910년 영국 생리학자 샤피-셰이퍼가 췌장의 랑게르한스섬에서 추출해 인슐린(insulin)으로 명명했던 물질과같다고 밝혀지면서 인슐린으로 불리게 됐다.

세계 최초로 인슐린을 투여받은 당뇨병 환자는 체중이 30kg이었던 14살 레널드 톰슨이다. 당뇨병으로 혼수상태에 빠진 상황에서 부모는 한 번도 인체에 시도한 적 없던 인슐린 치료를 동의했다. 1922년 1월 11일, 처음으로 사람에게 인슐린을 주사한 날이다.

이후 톰슨은 정상 수준의 혈당 수치를 회복했고 13년을 더 생존했다. 밴팅과 베스트는 이 결과를 Canadian Medical Association Journal에 발표했다. 이 논문은 당뇨병 치료를 획기적으로 발전시켰다고 평가된다.

밴팅은 이러한 공로를 인정받아, 연구실을 제공해주고 실험에 대해 조언한 캐나다 토론토대학 맥클리어드 교수와 1923년 노벨 생리의학상을 공동 수상했다.

인슐린 발견은 당뇨병에 대한 개념 변화를 이끌었다. 100년 전 당뇨병은 발병하면 사망하는 질환이었다. 당시 당뇨병 치료 목표는 '요당이 나오지 않게 하는 것'이었다. 이를 위해 하루 450kcal 미만으로 고단백질, 저탄수화물을 섭취하는 식이요법을 진행했다. 당뇨병 환자는 굶주림 치료(starvation treatment)를 받아 음식을 먹지 못하고 기아상태가 될 수밖에 없었다.

1916년 미국 하버드의대 매사추세츠병원에서 인슐린 발견 전 사망률을 분석한 결과, 1824~1898년 68%, 1899~1913년 41%로 조사됐다. 인슐린 발견 전 당뇨병 환자 약 2명 중 1명은 사망했다는 의미로, 당뇨병이 치료가 어려운 질환이었음을 방증한다.

그러나 인슐린 발견 후 당뇨병 환자의 생존율은 급격하게 향상됐다. 미국 조슬린클리닉에서 인슐린 발견 전·후 10세 미만의 1형 당뇨병 환아 사망률을 조사한 결과, 발견 전인 1897~1914년은 1000인년(person-years)당 824명, 1914~1922년은 386명이었다. 반면 발견 후인 1922~1926년 1000인년당 사망률은 61명으로 전보다 6배 이상 감소했다.

하지만 세기의 발견으로 평가되는 인슐린을 당뇨병 환자 치료에 활용하기까지의 과정은 처음부터 탄탄대로를 걷진 않았다.

1930년 JAMA에는 미국 메트로폴리탄 생명보험 회사가 당뇨병 환자의 인슐린 치료 사례를 분석한 결과가 실렸다(JAMA 1930;94(25):1971~1974). 결과에 의하면, 당뇨병 환자 총 1800명 중 49%(881명)만 인슐린을 투약했다. 인슐린으로 치료받은 당뇨병 환자의 54%는 사망 전 한 달 이내에 처음 인슐린을 투여했다.

의료진이 인슐린 치료를 주저한 이유는 인슐린의 생리학적 특징이 완벽하게 정리되지 않았고 저혈당에 따른 특이 증상이 우려됐기 때문이었다. 이에 의료진은 인슐린 치료가 쉽지 않다고 평가했다.

속효성에서 장시간형까지...멈추지 않은 인슐린의 진화

만족할만한 당뇨병 치료를 위해 인슐린은 발전을 거듭했다. 최초로 사용한 인슐린은 속효성 인슐린(RI)인 소의 췌장에서 추출한 아일레틴이다. 단기간에 신속히 작용하지만 최고 작용이 2~4시간, 효능이 8시간 이내라는 점에서 자주 투여해야 한다는 문제가 있었다.

이에 1936년 장기간 지속되는 프로타민 인슐린(PI) 제제가 개발됐다. 2년 후인 1938년에는 PI에 아연을 혼합해 작용시간이 더 길어진 프로타민 아연 인슐린 현탁액이 등장했다.

1940년대에는 지금도 사용하는 중간형 인슐린 NPH (Neutral Protamine Hagendorn) 인슐린이 개발된다. NPH 인슐린은 PI와 달리 RI와 혼합 주사가 가능하다. 아침·저녁 식전에 2회 주사하면 생리적 기전과 유사하게 혈당을 조절할 수 있다.

이후 1959년 영국 생화학자 프레더릭 생어가 소의 인슐린(bovine insulin) 아미노산 배열순서를 규명하면서 1960년대 들어 처음으로 인간 인슐린이 화학적으로 합성됐다. 하지만 1970년대 초 유전자 재조합 기술로 합성한 인간 인슐린이 등장하면서 화학적으로 합성한 인슐린보다는 유전자 재조합 인간 인슐린이 주목받았다.

이어 1996년 유전공학 기술을 이용해 반합성한 첫 인슐린 아날로그인 리스프로가 개발됐다. 인슐린 아날로그는 인간 인슐린의 약동학·약력학을 더 향상시키는 방향으로 개발이 이뤄졌다.

2000년도에는 장시간형 인슐린인 글라진, 디터미어 등에 더해 생리적으로 인슐린 분비능과 가까운 초속효성인 글루리신, 아스파트 등이 등장했다. 2015년에는 글라진보다 작용시간이 긴 데글루덱이 미국식품의약국(FDA) 승인을 받는 등 괄목할만한 진보가 이뤄졌다.

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1921년 인슐린 발견→1923년 노벨 생리의학상 속효성에서 장시간형까지...멈추지 않은 인슐린의 진화

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[창간 20주년]인슐린 발견 100주년, 미래 100년을 준비하다

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메디칼업저버 박선혜 기자] 올해로 인슐린 발견 100주년을 맞았다.인슐린 발견 전 당뇨병은 발병하면 사망하는 '죽음의 병'이었지만, 발견 후 '관리 가능한 병'으로 질환 개념이 바뀌었다. 이에 인슐린 발견은 20세기에 구현된 가장 중요한 의학적 진보이자 역사적 사건으로 평가된다. 인슐린 발견이 당뇨병 관리 시대를 열면서 당뇨병 환자를 위한 인슐린 치료는 지속적인 발전을 거듭했다.

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Many people have questions about animal testing ethics and the animal testing debate. We take our responsibility for the ethical treatment of animals in medical research very seriously. At Stanford, we emphasize that the humane care of laboratory animals is essential, both ethically and scientifically. Poor animal care is not good science. If animals are not well-treated, the science and knowledge they produce is not trustworthy and cannot be replicated, an important hallmark of the scientific method.

There are several reasons why the use of animals is critical for biomedical research:

** Animals are biologically very similar to humans. In fact, mice share more than 98% DNA with us!

** Animals are susceptible to many of the same health problems as humans - cancer, diabetes, heart disease, etc.

** With a shorter life cycle than humans, animal models can be studied throughout their whole life span and across several generations, a critical element in understanding how a disease processes and how it interacts with a whole, living biological system.

The ethics of animal experimentation

Nothing so far has been discovered that can be a substitute for the complex functions of a living, breathing, whole-organ system with pulmonary and circulatory structures like those in humans. Until such a discovery, animals must continue to play a critical role in helping researchers test potential new drugs and medical treatments for effectiveness and safety, and in identifying any undesired or dangerous side effects, such as infertility, birth defects, liver damage, toxicity, or cancer-causing potential.

U.S. federal laws require that non-human animal research occur to show the safety and efficacy of new treatments before any human research will be allowed to be conducted. Not only do we humans benefit from this research and testing, but hundreds of drugs and treatments developed for human use are now routinely used in veterinary clinics as well, helping animals live longer, healthier lives.

It is important to stress that 95% of all animals necessary for biomedical research in the United States are rodents - rats and mice especially bred for laboratory use - and that animals are only one part of the larger process of biomedical research.

Stanford researchers are obligated to ensure the well-being of animals in their care, in strict adherence to the highest standards, and in accordance with federal and state laws, regulatory guidelines, and humane principles. They are also obligated to continuously update their animal-care practices based on the newest information and findings in the fields of laboratory animal care and husbandry.

Researchers requesting use of animal models at Stanford must have their research proposals reviewed by a federally mandated committee that includes two independent community members. It is only with this committee's approval that research can begin. We at Stanford are dedicated to refining, reducing, and replacing animals in research whenever possible, and to using alternative methods (cell and tissue cultures, computer simulations, etc.) instead of or before animal studies are ever conducted.

Organizations and Resources

There are many outreach and advocacy organizations in the field of biomedical research.

Stanford Discoveries

What are the benefits of using animals in research? Stanford researchers have made many important human and animal life-saving discoveries through their work.

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Many people have questions about animal testing ethics and the animal testing debate. At Stanford, we emphasize that the humane care of laboratory animals is essential, both ethically and scientifically. Poor animal care is not good science.

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우리나라에서만 年 488만마리 실험동물 희생… 아직은 인류를 위한 필연적 존재 | 한국과학기술연구원

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우지완 KIST 연구동물자원센터 선임전문원