동물실험찬성

최근 영국의 한 제약회사 실험실에서 행해지고 있는 동물 생체실험의 모습이 공개되어 충격을 주었다. 공개된 영상은 '영국생체실험폐지연대'(BUAV) 회원이 연구소에 비밀리에 잠입해 촬영한 것으로, 수십 마리의 토끼들이 플라스틱 기계에 옴짝달싹 할 수 없이 묶인 채 약물 실험을 당하는 현장이 고스란히 담겨있었다. 게다가, 이 토끼 실험에서 사용된 의약품이 병을 고치는 치료제가 아니라 성형시술에 쓰이는 약물임이 밝혀지면서 거센 비난이 쏟아졌다. 이러한 사건을 계기로 동물실험을 하지 말자는 목소리가 점점 높아지고 있다. 하지만, 동물을 활용한 실험은 오랜 역사를 지닌 만큼 그 목적과 형태가 다양하여 전면적으로 금지되기는 어려운 상황이며, 동물실험에 대한 찬성과 반대 입장도 복잡하게 얽혀있다.

'영국생체실험폐지연대'(BUAV)이 공개한 영상에는, 수십 마리의 토끼들이 플라스틱 기계에 옴짝달싹 할 수 없이 묶인 채 약물 실험을 당하는 현장이 고스란히 담겨있었다. <출처: BUAV>

동물실험이란 무엇인가

동물실험이란 교육, 시험, 연구 및 생물학적 제제의 생산 등 과학적 목적을 위해 동물을 대상으로 실시하는 실험 또는 그 과학적 절차를 말한다. 동물실험은 다양한 형태로 이루어진다. 의학이나 생물학 분야에서는 해부를 통해 동물의 생체를 관찰하거나 유전적 특징, 성장 과정, 행동 양식 등을 연구하기도 하고, 때론 의약품의 원료가 되는 재료를 채취한다. 하지만 우리가 일반적으로 생각하는 동물실험은 새로운 제품이나 치료법의 효능과 안전성을 확인하기 위한 것으로, 비단 의약품뿐만 아니라 농약이나 화장품, 식품 등이 인체에 미치는 영향을 예측하는 데에도 활용된다. 일반적으로 동물실험에는 가축이나 야생동물을 포함하여 원생동물부터 포유동물까지 다양한 종의 동물들이 사용된다. 2012년 현재 실험용으로 사용되는 동물은 세계적으로 연간 약 5억 마리이며, 국내에서는 500만 마리 이상이라고 추산된다.

동물실험의 성행은 실험동물(laboratory animal)이라는 새로운 종류의 생명체를 탄생시켰다. 일반적으로 실험 결과가 인정을 받기 위해서는 측정자나 측정 일시, 측정 장치가 다르더라도 동일한 실험을 반복할 때 동일한 결과가 재현되어야 한다. 그러나 살아있는 생명체를 그대로 사용하는 동물실험의 경우, 각 동물 개체의 유전적 차이나 질병 여부 등에 따라서 같은 실험에 대해서도 서로 다른 결과가 나올 수 있으며, 그 원인을 추정하기가 어려워진다. 이를 방지하고 동물실험의 재현성과 신뢰도를 높이기 위해서, 특정한 조건에서 같은 반응을 보일 수 있도록 유전적으로 균일한 상태의 동물들을 번식, 육성할 수 있는 여러 방법들이 개발되면서 다양한 종류의 실험동물들이 대량으로 생산되고 있다. 대표적인 실험동물로는 마우스(실험용생쥐), 랫트(실험용집쥐), 기니피그, 햄스터, 실험용 토끼 및 특정 종류의 개나 고양이 등이 있다.

동물실험의 성행은 실험동물이라는 새로운 종류의 생명체를 탄생시켰다. 대표적인 실험동물로는 마우스, 랫트, 기니피그, 햄스터, 실험용 토끼 및 특정 종류의 개나 고양이 등이 있다.

동물실험의 역사

동물에 대한 해부와 실험의 기원은 고대 그리스 시대로 거슬러 올라간다. 히포크라테스(Hippocrates, BC460?~BC377?)는 동물 해부를 통해 생식과 유전을 설명했고, 아리스토텔레스(Aristoteles, BC384~BC322) 역시 동물을 관찰하여 해부학과 발생학을 발전시켰다. 2세기 로마의 외과의사였던 갈레노스(Claudios Galenos, 129~199)는 원숭이, 돼지, 염소 등을 해부하여 심장, 뼈, 근육, 뇌신경 등에 대한 의학적 사실을 규명한 것으로 유명하다. 16세기 베살리우스(Andreas Vesalius, 1514~1564)에 의해 인체해부학이 발전하기 전까지 동물 해부 연구는 의학에서 가장 중요한 토대였다.

동물실험에 대한 문제는 1900년대 초에는 런던대학의 베일리스 교수의 심리학 실험실에서 갈색 테리어 개를 해부한 실험의 합법성을 두고 일어난 ‘갈색개 사건(brown dog affair)’을 계기로 대중적으로 알려지게 되었다.

동물실험이 독성학, 생리학 등의 분야에서 본격적으로 활용된 것은 19세기 이후이다. 1860년대에 근대 실험 의학의 시조로 불리는 프랑스의 생리학자 클로드 베르나르(Claude Bernard, 1813~1878)는 특정한 물질이 인간과 동물에게 미치는 영향은 정도의 차이만 있을 뿐 동일하기 때문에 동물에 대한 실험이 독성학과 인간 위생학에서 확실한 증거로 활용될 수 있다고 주장함으로써, 동물실험을 생리학 분야의 표준적인 연구 방법으로 확립시켰다. 비슷한 시기에 이루어진 파스퇴르(Louis Pasteur, 1822~1895)의 탄저병 연구와 백신 실험에도 양 등을 활용한 동물실험이 기초가 되었다. 한편, 1900년경에 러시아의 생리학자 이반 파블로프(Ivan P. Pavlov, 1849~1936)는 개의 식도에 관을 삽입해서 타액이 입 밖으로 나오도록 수술한 뒤에 조건반사(conditioned reflex) 실험을 한 것으로 유명하다.

이렇게 동물실험이 의학과 생물학을 진보시키는 데 필수적인 과학적 방법으로 자리잡는 동안, 동물실험을 반대하는 사람들도 늘어갔다. 베르나르의 실험을 가장 가까이에서 지켜봤던 가족과 조수들은 열성적으로 동물실험에 반대했는데, 베르나르의 부인인 마리 프란시스 마틴(Marie Françoise Martin)은 1883년에 프랑스 최초로 동물생체해부 반대 협회를 설립했다. 다윈(Charles Darwin, 1809~1882)도 동물실험에 마음의 갈등을 느낀 것으로 유명한데, 그의 주도 하에 1876년 최초로 동물실험을 규제하는 동물학대법(Cruelty to Animals Act)이 제정되었다. 다윈은 생리학 분야에서 동물실험이 실제로 유용할 수 있다는 점은 인정했지만, 끔찍한 동물실험이 정당화 될 수는 없다고 보았다. 1900년대 초에는 런던대학의 베일리스(William Maddock Bayliss, 1860~1924) 교수의 심리학 실험실에서 갈색 테리어 개를 해부한 실험의 합법성을 두고 의대생들과 동물생체해부 반대자들 사이에서 논쟁이 벌어졌다. 이후, 동물생체해부 반대자들이 죽은 개를 기리는 동상을 세우면서 동물실험 찬성파와 반대파 사이의 갈등이 수년간 계속되었고, 이 갈색개 사건(brown dog affair)을 계기로 동물실험을 둘러싼 문제들이 대중적으로 알려지게 되었다.

동물실험은 윤리적으로 정당한가

데카르트는 인간과 동물의 몸은 자동 기계인데, 인간과 달리 동물에게는 정신 또는 영혼이 없어 쾌락이나 고통을 경험할 수 없다고 보았다.

서양에서는 전통적으로 동물의 권리가 낮게 평가되었다. 아리스토텔레스에 따르면, 식물은 동물을 위해 존재하며 동물은 인간을 위해 존재한다. 따라서 인간의 필요에 의해 동물을 사용하는 것은 문제가 되지 않는다.중세 기독교에서 역시, 동물은 인간에 의해 사용되는 것이 운명이자 신의 섭리로 간주되어, 동물을 사용하거나 죽이는 것은 부당한 것이 아니었다. 한편, 근대철학의 아버지 데카르트(Rene Descartes, 1596~1650)는 인간과 동물의 몸은 자동 기계인데, 인간과 달리 동물에게는 정신 또는 영혼이 없어 쾌락이나 고통을 경험할 수 없다고 보았다. 데카르트는 마취도 없이 살아있는 동물을 해부하는 실험을 한 것으로 악명이 높은데, 당시에는 마취술이 없었을 뿐더러, 그에게는 동물이 아파하는 행동도 진정한 통증을 반영한 것이 아니었기 때문에 동물실험이 양심의 가책을 느끼게 하지는 않았을 것이다. 칸트(Immanuel Kant, 1724~1804) 역시, 이성과 도덕을 갖는 인간의 이익이 그렇지 못한 동물의 이익보다 우선적으로 고려되어야 한다고 보았다. 칸트는 동물을 잔혹하게 대하는 것에는 반대했는데, 이는 동물 자체를 위해서라기보다는 인간의 품위를 손상시키고 다른 사람과의 교제에도 문제가 생길 수 있음을 우려한 것이었다.

인간의 권익을 우선시하는 전통은 현재 동물실험을 옹호하는 여러 입장들과도 일맥상통한다. 동물실험이 정당하다고 보는 입장에서 주로 근거로 삼는 것은 도구 사용 능력이나 언어 능력, 또는 이성 등 인간이 갖는 고유한 특성이다. 인간과 동물의 차이점을 근거로, 인간과 동물을 다르게 대우해도 된다고 주장하는 것이다. 또한, 인간과 동물을 절대적으로 가르는 특성을 명확히 구분해낼 수 없더라도, 사람들끼리 서로 같은 인간 종이라는 그룹에 속해있다는 직관적인 사실이 동물실험의 정당성을 보장해준다는 주장도 있다. 같은 DNA 또는 유대감을 공유하는 구성원으로서 계약 관계를 맺고 있는 인간만이 도덕적 고려의 대상이 될 수 있으며, 그렇지 않은 동물을 실험에 사용하는 것은 도덕적으로 문제가 되지 않는다는 것이다.

생명윤리학자인 피터 싱어는 인간의 행복만을 중요하게 취급하는 인간중심주의는 일종의 종차별주의이며, 결국 인종차별주의나 성차별주의와 다를 바가 없는 것이라고 비판한다.

그러나 현재 동물행동학 연구들은 동물들에게도 지능이나 문화가 존재함을 밝히는 등 인간과 동물의 근본적인 차이를 부정하는 결과들을 내놓고 있다. 뿐만 아니라, 동물의 복지를 주장하는 생명윤리학자들은 설사 인간과 동물이 이성이나 언어 능력 등에서 차이가 있다고 하더라도, 이러한 사실이 동물실험을 해도 된다는 결론으로 이어지지 않는다고 본다. 이들이 중요하게 고려하는 것은 쾌고감수능력(sentience), 즉 고통과 쾌락을 느낄 수 있는지의 여부이다. 이들은 동물이 인간과 여러 가지 면에서 차이가 있다고 할지라도, 동물 역시 인간과 마찬가지로 고통을 느끼기 때문에 인간과 동등하게 배려되어야 한다고 주장한다. 이러한 논리는 벤담(J. Bentham, 1748~1832)의 공리주의 철학에 입각한 것으로, 통증과 고통은 그 자체가 나쁜 것이며 인종이나 성별 또는 동물의 종류와 관계없이 예방되거나 최소화되어야 한다. 따라서 공리주의자라면 인간의 고통은 물론 동물의 고통에도 당연히 관심을 가져야 한다. 저명한 생명윤리학자인 피터 싱어(Peter Singer, 1946~)는 인간의 행복만을 중요하게 취급하는 인간중심주의는 일종의 종차별주의(speciesism)이며, 결국 인종차별주의나 성차별주의와 다를 바가 없는 것이라고 비판한다.

공리주의적 입장에 선 학자들은 동물실험 자체를 부정한다기보다는 그것이 전체 복지의 감소를 초래하는 상황을 문제 삼는다. 따라서 동물에 대한 충분한 배려와 의무 속에서 전체적인 복지를 증가시킬 수 있는 일부 동물실험은 허용될 수 있다. 이와 달리, 레건(Tom Regan, 1938~)과 같은 철학자는 각 동물 개체가 '삶의 주체'(subject of a life)로서 갖는 가치가 있다고 주장하면서, 동물에게는 실험에 이용되지 않을 권리가 있다고 본다. 삶의 주체가 된다는 것은 믿음, 욕구, 지각, 기억, 미래에 대한 의식, 감정, 행위 능력, 정체성 등을 갖는 것을 의미하는데, 이러한 고유한 가치를 지닌 존재는 존중되어야 하며 결코 수단으로 취급되어서는 안 된다. 따라서 몇몇 포유류와 같이 개체로서의 가치와 동물권을 지니는 대상은 그 어떤 실험에도 사용되어서는 안 된다는 것이다.

이렇게 동물실험을 반대하는 철학적 입장은 다양하며, 각 입장에 따라 도덕적으로 고려되어야 할 동물의 범위도 달라진다. 실제로 동물의 쾌고감수능력이나 지각 능력 등을 어떻게 평가할 것인지에 대해서는 논쟁이 분분하며, 이에 따라 동물실험의 허용 범위와 개선 방안도 달리 제시된다. 하지만 이들이 공통적으로 주문하는 것은 인간중심주의에서 벗어나 동물실험의 정당성을 근본적으로 평가해보고, 그 절차와 방법을 개선하기 위해 끊임없이 노력하라는 점일 것이다.

동물실험은 얼마나 유용한가

불필요한 동물실험을 줄이고 동물의 권리와 복지를 보장하자는 주장은 계속되어 왔지만, 여전히 많은 분야에서 다양한 형태의 동물실험이 진행되고 있다. 20세기에 들어서는 약물 규제가 강화되고 독성 실험이 중요해지면서, 새롭게 개발된 약물을 사용하기 전에 동물에 시험해보는 것이 의무화되었다. 사실 대부분의 사람들은 동물실험을 통해 질병에 대해 이해하고 약물의 효능을 확인하는 과정이 현대 의학이 발전하는 데 크게 기여했다고 믿는다. 하지만, 이러한 상식적인 주장에도 몇 가지 반대 입장이 존재한다.

우선, 이러한 동물실험이 동물의 고통과 죽음을 상쇄할 만큼 유용하지는 않다는 주장이 있다. 동물실험에 사용되는 방법과 복용량은 인간이 처한 실제 상황과는 차이가 있으며, 인간이 가진 질병 3만 가지 가운데 동물이 공유하는 질병은 1.16%에 불과하기 때문에 동물실험의 결과가 인간을 이해하는 데 별 도움이 되지 않는다는 지적이다. 실제로 클리오퀴놀이나 페니실린 등 인간과 동물에게서 완전히 다른 효과를 나타낸 약물들의 사례는 동물실험의 정당성을 부정하는 강력한 근거로 사용되어 왔다.

동물실험을 대체할 수 있는 여러 가지 대체실험법이 개발되고 있다. 사진은 인공 피부 조직, 에피스킨(Episkin). <출처: 로레알>

또한, 동물실험이 유용하다 할지라도, 이를 대체할 수 있는 방법이 있다면 동물실험을 하지 않는 것이 마땅하다는 주장도 제기되었다. 환자 관찰이나 사체 연구, 인간 세포와 조직을 이용한 실험, 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 연구 등을 적절히 활용한다면 동물실험을 하지 않고도 충분히 동물실험을 통해 얻어지는 것 이상의 정보를 얻을 수 있다는 것이다. 최근에는 살아있는 동물 대신 인간 세포나 인공 피부를 사용하거나 동물의 반응을 본뜬 컴퓨터 모델링을 활용하는 방법 등 다양한 대체실험법이 개발되고 있다. 결국, 동물실험 반대 입장에서는 의학의 진보에 있어서 동물실험의 역할을 과대평가 해오던 습관에 제동을 걸고, 동물실험보다 더욱 실효성이 있으면서도 윤리적으로도 정당한 방안을 찾고 있는 것이다.

현재의 경향

현재 토끼 눈 점막을 이용하여 화학물질의 자극성을 평가하는 드레이즈 테스트(Draize test)나 실험 대상 동물의 절반이 죽는 데 필요한 화학물질의 농도를 측정하는 반수치사량실험(LD50) 등은 동물이 받는 고통에 비해 의학적 도움이 크지 않다고 간주되면서 전 세계적으로 폐지되고 있다. 이 외에도 2000년대를 전후로 유럽 각지에서 화장품 개발에 동물실험을 금지하는 법안이 발효된 바 있으며, PETA(People for the Ethical Treatment of Animals), BUAV(British Union for the Abolition of Vivisection), ENPA(Ente Nazionale Protezione Animali) 등 동물실험에 반대하는 NGO 단체들을 중심으로 불필요한 동물실험을 줄여나가는 운동이 확산되고 있다.

최근에는 우리나라에서도 화장품 업계에서 동물실험 반대 바람이 불고 있다. 이미 검증된 원료를 이용하거나 동물실험을 대체하는 실험법을 사용함으로써 개발 과정에서 동물실험을 거치지 않는 '크루얼티 프리(cruelty free)' 제품이 생산되고 있다. 이는 동물 복지에 관심이 있는 소비자들에게 좋은 기업 이미지를 심어주기 위해서, 또한 화장품 원료와 제품에 대한 동물실험을 전면적으로 금하는 유럽 국가들에서 제품을 판매하기 위해서 필수 조건이 되고 있다. "예뻐지기 위해 널 다치게 할 수 없어"라는 화장품 회사의 광고 문구는 인간의 미를 증진시킨다는 목적이 동물실험의 정당성을 충분히 보장해주지 못하는 현실을 반영하는 것이다.

동물실험에 대한 학계의 입장은 3R 원칙으로 대변된다. 3R 원칙은 살아있는 동물 개체의 사용을 피하는 실험방법으로의 대체(Replacement), 같은 양의 데이터를 얻는 데 사용하는 동물 수의 감소(Reduction), 마취 등을 통해 동물이 느끼는 고통의 완화(Refinement) 등을 위해 노력하는 것을 의미한다. 이러한 기본 원칙을 바탕으로 관련 학회별로 동물실험에 관한 가이드라인이 마련되어 있으며, 연구에서 활용된 동물의 사육, 관리조건과 실험법 논문에 상세히 기재할 것이 요구되고 있다. 즉, 동물실험을 통해 얻은 연구 결과는 과학적 차원에서는 물론 윤리적 차원에서도 정당하다고 평가되어야 학계의 인정을 받을 수 있는 것이다.

 

1903년 2월 2일. 영국의 저명한 생리학자 윌리엄 베일리스는 런던대 의대에서 수업 도중 살아있는 개를 해부했다. 그는 1년 전 처음으로 호르몬을 발견해 세계적인 주목을 받은 과학자였다. 하지만 강의실에 있던 두 명의 스웨덴 학생은 베일리스가 제대로 마취하지 않고 해부해 개에게 극심한 고통을 줬다며 국립생체해부반대협회(NAS)에 제보했고, 이는 신문 보도로 이어졌다.

비난이 빗발치자 베일리스 교수는 정상적으로 마취를 했다고 주장하며 NAS의 스티븐 콜러릿지 대표를 명예훼손으로 고소했다. 초유의 법정다툼으로 이어진 ‘갈색 개 사건’은 결국 베일리스 교수의 승리로 끝났지만, 동물실험에 대한 찬반 논란은 영국 전역으로 확대됐다. 1906년에는 동물보호단체가 갈색 개 동상을 설치하면서, 동물실험을 옹호하는 측과 반대측이 동상을 둘러싸고 4년 동안 치열한 갈등을 벌였다. 기원전 4세기부터 약 2300년간 별다른 반발 없이 진행돼 온 동물실험이 처음으로 난관에 부딪힌 순간이었다.

1903년 실험에 사용된 갈색 테리어를 기념하여 1906년에 세운 동상. 논란을 거듭하다 1910년 동상은 파괴되었다고 한다.

하지만 당시에는 ‘비윤리적’이라는 이유만으로 중단하기에는 동물실험이 주는 유익이 너무나 커 보였다. 동물실험은 생명체가 작동하는 원리와 질병의 발생 원리를 밝히고, 병을 예방하거나 치료할 목적으로 개발한 화학물질의 효과와 독성을 확인하는 데 쓰인다. 미용을 위해 사용하는 화장품 개발 과정에도 동물실험을 하면서, 2014년 미국에서만 연간 1억 마리 이상이 동원됐을 정도로 동물실험이 많아졌다. 2012년 전세계 시장규모만 약 50억 달러(5조7565억 원)에 달했다.

하지만 의학과 생명과학의 발달은 역설적으로 동물실험이 얼마나 비효율적인지를 밝혔다. 대표적인 예가 ‘탈리도마이드 사건’이다. 탈리도마이드는 독일 제약회사 그뤼넨탈이 1957년 출시한 임산부 입덧 방지약의 주성분이다. 당시 이 약을 먹은 여성들은 팔, 다리뼈가 없거나 극단적으로 짧아 손발이 몸통에 붙어 있는 기형아를 낳았다. 약을 출시하기 전 쥐와 개, 고양이를 대상으로 한 실험에서는 나타나지 않았던 현상이었다. 뒤늦게 인간과 좀 더 유사한 원숭이를 대상으로 실험한 결과 기형아를 낳는 결과가 나왔고, 약은 결국 시장에서 퇴출됐다. 하지만 이미 1만 명 이상의 기형아가 태어난 뒤였다. 반대로 백혈병 치료제로 잘 알려진 ‘글리백’은 쥐에서는 독성을 보였지만 원숭이와 사람에게 투여했을 때는 효과가 나타났다. 아스피린과 페니실린 등 많은 의약품이 인간과 다른 동물에게서 전혀 다른 반응을 나타낸다.

기형아 출산을 유발한 입덧 방지약 탈로마이드(성분명 탈리도마이드) <출처: Stephencdickson at Wikimedia.org>

토끼 대신 사람 세포 배양해 시험

현재 학계에서는 동물실험을 통한 독성 확인 방법이 한계에 이르렀다고 평가하는 상황이다. 실제로 2007년부터 2011년까지 전세계에서 개발 중인 신약 후보물질 가운데, 동물실험에서는 독성이 없는 것으로 확인됐지만 임상시험 과정에서 탈락한 비율은 94%에 달했다. 유럽에서는 1990년대 초부터 화장품 동물실험을 금지하자는 목소리가 높아졌고, 2013년부터는 전면 금지했다. 우리나라 국회도 2015년 12월 31일 화장품 동물실험을 금지하는 법안을 통과시켰고, 2016년 2월 3일부터 국내에서 시판되는 모든 화장품은 개발 과정에서 동물실험을 금지하고 있다.

토끼의 눈 대신 유정란에서 나타나는 혈관 반응을 이용해 안점막 자극을 시험하고 있는 연구원. <출처: 아모레퍼시픽 기술연구원>

동물실험이 전면 금지된 현재 화장품 독성 평가는 어떻게 이뤄지고 있을까? 경기도 용인에 위치한 아모레퍼시픽 기술연구원에서 만난 장원희 연구원은 “현재 경제협력개발기구(OECD)에서 인정한 대체시험법에 따라 동물실험을 대신하고 있다”고 말했다. OECD는 1980년대부터 회원국에 권고하는 화학물질 독성 시험 기준을 마련하는 등 동물들의 희생과 고통을 경감시키는 방향을 답변확정해 왔다.

OECD가 인정하는 모든 동물 대체시험의 기준은 ‘3R’로 요약할 수 있다. 1959년 영국의 동물학자 윌리엄 러셀과 미생물학자 렉스 버치가 주장한 3R 개념은 동물 사용을 피하는 방법으로 대체(Replacement)하고, 불가피하다면 사용하는 동물 수를 줄이며(Reduction), 고통을 최대한 완화(Refinement)하는 방법으로 실험해야 한다는 것이다.

3R은 불가피하게 동물을 사용하는 것까지는 인정하고 있지만, 화장품 개발 과정에 필요한 시험은 동물을 쓰지 않는 방법으로 대부분 대체됐다. 장 연구원은 “자외선차단제나 색소, 보존제처럼 전신으로 퍼지는 독성을 평가해야 하는 물질들은 아직 동물실험을 대체할 수 없다”면서도 “신제품을 개발할 때 새로운 화학물질을 쓰기보다 검증된 기존 물질들을 조합하는 방법을 쓰기 때문에 (추가로) 동물실험을 하지는 않는다”고 말했다.

화장품 분야에서 진행됐던 동물실험은 15가지 이상으로 매우 다양하다. 이들을 대체하는 시험법 역시 다양하지만, 많은 시험법의 공통적인 특징은 인간의 세포와 조직을 적극적으로 쓴다는 점이다. 피부세포와 각막세포, 폐세포 등을 사용하며 필요에 따라서는 피부와 각막 등의 세포를 배양해 인공조직을 만들어 실험한다.

사람의 피부세포를 배양액에서 인공적으로 배양하는 모습. 최근엔 표피와 진피층까지 구현한 인공피부를 만들어 실험에 쓴다. <출처: 아모레퍼시픽 기술연구원>

예를 들어 눈에 들어가기 쉬운 마스카라와 라이너, 클렌징 워터, 샴푸 등을 개발할 때는 눈에 대한 독성을 평가해야 한다. 이를 위해 과거에는 흰색 토끼의 눈에 화학물질을 넣고 눈 혈관에서 나타나는 반응을 관찰하는 방식으로 실험을 했다. 하지만 지금은 인간의 각막세포를 배양한 뒤 다양한 농도로 희석한 원료물질에 노출시켜 세포가 죽는 양이나 사이토카인이 분비되는 정도를 확인한다. 사이토카인은 면역세포가 활성화될 때 분비되는 물질로, 이것의 분비는 해당 화학물질이 인체에 해롭다는 뜻이다.

장 연구원은 “인간 세포를 이용하는 방식은 동물실험에 비해 인체와 유사하다는 것이 장점”이라며 “한 번에 다양한 물질을 적용할 수 있어 시험이 쉽고 효율적일 뿐 아니라, 살아있는 동물을 다루지 않아도 되기 때문에 연구자의 감정적인 부담도 적다”고 말했다.

물고기도 고통을 느낄까

하지만 화장품과 달리 의학, 생물학, 신약개발 분야의 동물실험은 쉽게 대체되지 못하고 있다. 검증되지 않은 새로운 물질을 쓰는 경우도 많고, 독성 여부와 함께 기대하는 효과가 있는지도 면밀히 따져봐야 하기 때문이다. 따라서 이 분야의 동물실험은 되도록 고등동물이 아닌 하등동물을 이용하거나, 연구에 사용하는 동물의 개체수를 줄이고 고통을 경감시키는 방향으로 이뤄지고 있다.

세계 최대 규모의 의학 및 생물학 연구 기관인 미국 국립보건원(NIH)은 더 이상 침팬지를 이용한 동물실험을 하지 않겠다고 2015년 11월 18일 발표했다. 영국과 네덜란드, 뉴질랜드 등도 이미 영장류를 이용한 동물실험을 금지했다.

현재 동물실험에 가장 많이 쓰이는 동물은 쥐를 비롯한 설치류다. 국내 동물실험의 91.4%(2014년 기준)를 차지할 정도로 압도적이다. 사람과의 유전적인 유사성이 80% 정도로 높은 편이며, 유전자를 조작해 치매, 우울증, 암 등 다양한 질병 모델을 만들어 시험해 볼 수 있기 때문이다.

최근에는 인지체계를 갖고 있으며 고통을 느끼는 설치류보다는 더 하등한 척추동물인 어류가 새로운 실험동물로 주목받고 있다. 그 중에서도 제브라피쉬는 인간이 지니고 있는 대부분의 장기(심장, 간, 췌장, 신장, 흉선)를 가지고 있는데다, 70% 이상의 유전자가 인간과 동일하다. 설치류에서 유전자를 조작해서 만들던 질병모델을 제브라피쉬에서도 대부분 구현할 수 있다. 게다가 자궁 안에서 자라는 실험쥐는 발생단계를 볼 수 없지만 제브라피쉬는 알이 투명해서 배아가 자라는 과정에서 나타나는 변화까지 관찰할 수 있다는 장점이 있다.

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(왼쪽) 최근 동물실험 대상으로 주목받고 있는 제브라피쉬. (오른쪽) 제브라피쉬의 뇌 혈관계를 보여주는 사진 <출처: (왼쪽) (cc) Uri Manor, NICHD (오른쪽) (c) 2015, Vanhollebeke et al.>

최근 박재학 서울대 수의대 교수팀은 선박 도료에 포함된 주석 성분(trimethyltin chloride)을 섭취한 제브라피쉬가 낳은 알을 관찰한 결과, 기형 개체가 많다는 것과 신경 발달이 억제돼 있다는 연구 결과를 국제학술지 <신경독성학 및 기형학> 2015년 12월 10일자 온라인판에 발표했다(dx.doi.org/10.1016/j.ntt.2015.12.003). 박 교수는 “어류는 고등동물에 비해 인지기능이나 감각이 떨어진다고 보기 때문에 대체 실험동물로 주목받고 있다”고 말했다. 유럽연합(EU)에서도 제브라피쉬를 이용한 동물실험은 제한하지 않고 있다.

하지만 동물보호단체들은 침팬지나 설치류뿐 아니라 제브라피쉬를 이용한 동물실험도 반대하는 입장이다. ‘어류도 고통을 느낀다’고 생각하기 때문이다. 동물보호시민단체 카라의 김혜란 이사는 “중추신경이 있는 동물은 모두 고통을 느낀다는 과학적 견해에 공감한다”고 말했다.

어류가 ‘사람처럼’ 고통을 느끼는지에 대해서는 아직까지 생물학계에서도 의견이 분분한 상황이다. 중추신경이 있기 때문에 자극이 뇌로 전달되는 것은 당연하지만, 사람처럼 그 자극이 감정적인 고통으로 처리되는 것인지 아니면 단순히 반사행동을 하는 것인지는 명확하지 않다.

브라질 상파울루대 의대 카를라 파트리치아 베조 올커스 교수팀은 레포리누스(Leporinus macrocephalus)라는 어종으로 실험한 결과 3~5분 동안 가뒀을 때 스트레스 호르몬인 코티솔의 혈장 농도가 높아졌다고 미국 <공공과학도서관회보(PLOS ONE)> 2013년 7월 30일자에 발표했다. 무지개송어와 대서양 대구 등 다양한 종류의 어류를 이용한 실험에서도 유해한 자극을 줬을 때 아가미호흡이 빨라지는 등의 반응이 나타났다.

또 영국 리버풀대 통합생물학연구소 린 스네던 박사팀은 어류에게 준 유해 자극(통증을 가정한 것)이 선천적인 두려움 반응을 억제할 정도로 신경을 집중하게 만든다는 연구 결과를 <통증학저널> 2003년 10월호에 게재하기도 했다(dx.doi.org/10.1067/S1526-5900(03)00717-X).

연구팀은 새로운 물체를 경계하는 습성이 있는 무지개송어에게 산성 물질(유해자극)을 주사했을 때는 물체를 피하고 호흡이 빨라지는 경계 반응이 나타나지 않는다는 것을 알아냈다. 하지만 통증을 완화시키는 마약성 진통제인 모르핀을 주사하자 무지개송어는 다시 새로운 물체를 경계하기 시작했다.

어류도 고통을 느낀다는 주장이 조금 더 우세한 편이지만 반대편 주장도 만만치 않다. 어류가 사람처럼 통증을 느끼기에는 신경섬유 밀도가 너무 낮다는 것이다. 사람의 피부에 있는 신경은 83%가 ‘C그룹 신경섬유’로 채워져 있는데, 선천적으로 통증에 둔감한 사람들의 경우 이 신경섬유 밀도가 24~28%에 불과하다. 미국 와이오밍대 동물학 및 생리학과 제임스 로즈 명예교수는 상어와 가오리 같은 연골어류의 경우 C그룹 신경세포가 아예 없으며, 잉어나 송어 같은 경골어류도 5%에 불과해 고통을 지각하기 위한 신호전달 능력이 충분하지 않다고 학술지 <어류와 어업> 2012년 12월 20일자에서 주장했다(DOI: 10.1111/faf.12010).

연구팀은 논문에서 어류가 나타내는 반응은 사람처럼 고통을 느끼기 때문에 나오는 것이 아니라고 설명했다. 마취를 하면 자극은 있지만 고통을 느끼지 못하며, 또 아무런 상처가 없어도 고통을 느끼기도 한다. 이처럼 고통은 자극과는 별개의 경로로 만들어진다. 연구팀은 모든 어류가 모든 유해한 자극에 반응하는 것이 아니라, 어떤 경우에는 강한 통증을 유발하는 자극에도 전혀 반응하지 않는다고 지적했다. 또 모르핀의 경우도 어류는 다른 동물의 치사량에 해당하는 양을 투여해야 반응이 나타난다고 설명했다.

완전한 탈(脫) 동물실험, 가능할까

연구자들은 장기적으로는 어류도 동물실험 금지 추세에서 자유롭지 못할 것으로 보고 있다. 어류를 이용한 실험에 다양한 장점이 있지만, 유전적으로 사람과 큰 차이가 있기 때문에 궁극적으로는 더 정확한 대체 실험 방법이 필요하다. 그래서 최근 주목하고 있는 분야가 바로 줄기세포와 데이터 분석이다.

줄기세포를 이용해 실험을 하려는 가장 큰 이유는 사람의 장기에서 세포를 떼어내 실험을 하는 것이 어렵기 때문이다. 간세포의 경우 간이식 수술을 하면서 분리한 세포(1차 간세포)를 냉동보관했다가 해동시켜 실험에 쓰고 있지만, 심장이나 신경세포 등은 사람의 몸에서 떼어내 실험을 하기 어렵다. 1차 간세포를 배양해서 실험할 때도 약물 대사에 관여하는 주요 효소의 활성이 빠르게 소멸하고 세포 생존 기간이 짧기 때문에 약물대사 및 독성시험을 하는 데 한계가 있다. 반면 간암조직에서 유래한 간암 세포주는 정상 간세포에 비해 약물대사효소의 발현과 활성이 상당히 낮은 수준이지만 실험실에서 배양하기 쉽고 지속적으로 세포분열을 한다. 그 때문에 현재는 주로 이 세포를 이용해서 실험을 한다. 하지만 조금 더 온전한 간세포로 실험하기 위해서는 줄기세포를 도입할 필요가 있다.

인간의 배 줄기세포 <출처: (cc) Annie Cavanagh. Wellcome Images>

안전성평가연구소(KIT)는 현재 줄기세포를 이용해서 간세포와 심장세포를 만드는 연구를 하고 있다. 미국에서 1994~2006년 사이 퇴출된 의약품의 82%가 간과 심장에서 나타난 독성 때문이었다. 그 때문에 학자들은 다른 조직보다 우선적으로 줄기세포를 이용해 온전한 간세포와 심장세포를 만들고 있다. 박한진 안전성평가연구소 예측모델연구센터 선임연구원은 “전세계에서 활발하게 연구하고 있지만 아직까지 줄기세포 분화 기술을 이용해 인간 정상 간세포의 약물대사 기능을 온전하게 구현한 사례는 없다”며 “줄기세포를 이용해서 만든 간세포가 기능이 떨어지는데, 현재 그 이유를 찾는 중”이라고 말했다. 안전성평가연구소 예측모델연구센터 연구팀은 인간의 1차 간세포보다 줄기세포로 만든 간세포에서 약물 대사에서 중요한 효소 발현이 적은 이유를 밝혀 미국 <공공과학도서관회보(PLOS ONE)> 2015년 7월 15일자와 <사이언티픽 리포트> 2016년 2월 22일자에 발표하기도 했다.

(대안 1) 독성 예측, 컴퓨터로 한다

동물실험과 세포실험을 각각 ‘in vivo(생체 내에서)’와 ‘in vitro(생체 외에서)’라고 부르는데 최근에는 ‘in silico(컴퓨터에서)’라고 부르는, 컴퓨터를 이용한 예측기법도 주목 받고 있다. 줄기세포 등을 이용한 실험이 동물보다는 사람에 더 가깝기는 하지만 세포를 이용한 실험 결과가 사람에게 그대로 적용된다고 단언할 수 없기 때문이다. 게다가 현재 미국 국립생물정보센터(NCBI)의 화학물질DB에 등록된 물질 중에는 독성 실험이 이뤄지지 않은 것이 1억5000만 개가 넘는다. 동물이나 세포실험만으로는 어떤 물질이 어떤 독성을 가지고 있을지 효과적으로 예측하기 어려운 상황이다.

벤조피렌이 유전자에 결합하면 DNA 중합효소에 의한 유전자 복제에 오류를 일으켜 결과적으로 암을 유발한다. <출처: Protein Data Bank>

박대의 안전성평가연구소(KIT) 선임연구원은 “약을 만들 때 약효를 내는 화학물질뿐만 아니라 다른 물질들도 들어가는데, 그 물질 중에 발암물질이 있는 경우가 종종 있다”며 ‘불순물’ 문제를 지적했다. 실제 스위스 제약회사 로슈에서 개발한 인간면역결핍바이러스(HIV) 치료제 ‘비라셉트(Viracept)’는 불순물에서 1급 발암물질이 나와 퇴출당할 뻔하기도 했다. 박 연구원은 “약에 들어가는 불순물까지 모두 독성 검사를 해야 하지만 그게 어렵기 때문에 유럽에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하는 방안이 추진되고 있다”고 말했다.

컴퓨터를 이용한 독성예측은 현재 크게 두 가지 방법으로 이뤄지고 있다. 먼저 QSAR라고 부르는 ‘정량적구조활성관계 분석법’은 각종 화학물질들이 가진 분자량과 녹는점, 부피, 독성 등의 고유 정보를 통계적으로 분석해서 독성을 모르는 화학물질의 독성을 추정하는 방식이다.

또 최근 많은 연구가 이뤄지고 있는 도킹 시뮬레이션 기법은 해당 화학물질이 인체에서 독성과 관련이 있다고 알려진 단백질들과 얼마나 안정적으로 결합하는지를 계산해서 독성 여부를 예측하는 방식이다. 예를 들어 벤조피렌이라는 화학물질은 유전자에 결합해(위 그림), DNA 중합효소에 의한 유전자 복제에 오류를 일으키고 결과적으로 암을 유발한다.

미국의 경우 로봇 기술과 컴퓨터 시뮬레이션을 함께 활용하는 독성연구 중장기 프로젝트 ‘Tox21’을 2008년부터 진행하고 있다. 최근 미국 국립보건원(NIH) 륄리 후앙 박사팀은 컴퓨터로 화학물질의 구조를 분석해서 예측한 독성이 동물실험보다 인체 반응에 더욱 가깝다는 연구 성과를 <네이처 커뮤니케이션스> 1월 26일자에 발표하기도 했다(DOI: 10.1038/ncomms10425).

연구팀은 1만 가지 화학물질을 15가지 농도로 나눈 뒤 로봇을 이용해 반복해서 세포실험을 진행했다. 이를 완료하는 데 일주일이 걸렸는데, 동물실험을 했다면 몇 년이 걸리는 일이었다. 그 결과로 나온 데이터만 5000만 개 이상이었다.

연구팀은 세포실험 결과 중 일부를 몇몇 화학물질에 대한 72가지 동물실험 결과와 비교 분석했다. 이를 위해 세포실험 결과를 이용하는 모델, 화학구조를 이용한 컴퓨터 모델, 세포실험과 컴퓨터 구조분석을 혼합한 3가지 모델을 이용해 독성을 예측했다. 이들 72가지 시험은 이미 동물실험 결과와 사람에게서 나타나는 독성에 대한 정보가 존재하는 것들이었다.

예측 결과들을 실제 독성 데이터와 비교한 결과, 컴퓨터를 이용한 예측이 전반적으로 세포실험보다 예측력이 높았다. 또 세포실험 결과와 컴퓨터 예측 결과를 비교했을 때는 90% 안팎의 일치도를 보였다. 연구팀은 논문에서 “세포실험 결과와 컴퓨터 구조 분석을 함께 적용하면 예측 모델의 정확도가 평균적으로 81~86%로 나타났으며, 이는 동물모델의 77~84%보다 높은 정확도”라고 설명했다. 박 연구원은 “최근엔 알파고에 적용된 ‘딥러닝 기법’까지 적용해서 화학물질에 대한 독성 예측력을 높이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다”고 말했다.

2015년 6월 박 연구원이 속한 안전성평가연구소는 장기이식 환자들이 복용하는 약물이 간과 신장에서 독성이 어떻게 발현되는지를 밝혀 OECD에 독성발현경로를 제출했다. 국내 연구팀이 밝힌 독성발현 경로가 OECD에 제출된 것은 이번이 처음이다. 박 연구원은 “이 같은 연구의 최종 목표는, 컴퓨터 예측과 세포실험 결과 등을 종합해서 동물실험보다 정확하게 인간에게서 나타날 독성을 예측하는 것”이라고 말했다.

(대안 2) 인공 아바타 만들어 환자 맞춤 치료제 개발

동물실험을 대체하는 연구는 현재 전세계적으로 미국과 유럽, 일본, 캐나다, 그리고 한국에서 활발하게 이뤄지고 있다. 대부분의 연구는 한국이 세계적인 흐름을 빠르게 뒤쫓아 가고 있는 상황이지만 독창적인 아이디어로 연구를 선도하고 있는 분야도 있다. 정초록 한국생명공학연구원 책임연구원팀이 세계 최초로 개발한 생체유사 장기시스템(NOCS)이다.

정연구원팀은 줄기세포를 이용해서 만든 장과 간, 심장 등의 생체기관(오가노이드) 사이에 배양액이 흐르도록 해주는 장치를 고안했다. 마치 인체에서 각 기관이 혈액을 매개체로 상호작용하는 것처럼 실험 시스템을 만든 것이다.

예컨대 유효성과 독성을 확인하려는 화학물질을 주입한 뒤 장관(intestinal tract)이 얼마나 흡수하는지를 알 수 있고, 간에서는 장관에서 흡수한 물질을 얼마나 대사하는지를 파악할 수 있다. 줄기세포를 이용해 세포 내에서 나타나는 반응만 살피는 실험법보다 거시적으로 물질의 유효성과 독성을 살펴볼 수 있는 것이다. 정 연구원은 “현재 인간 세포를 이용한 연구는 대부분 세포가 접시에 2차원으로 깔린 상태에서 진행된 것인데, 여기서 나타나는 특성은 실제 3차원인 장기에서와 사뭇 다르다”며 “3차원 조직을 만든 뒤 NOCS에 넣어 실험하면 보다 정확한 인체 반응을 살필 수 있다”고 말했다.

정연구원팀은 지난해 암세포에서 유래한 장관조직과 간조직을 NOCS에 넣었을 때 약물을 흡수하고 대사하는 과정이 동물실험과 유사하게 나타난다는 사실까지 확인했다.

현재 연구팀은 인간의 장관조직과 유전적으로 80%가 유사한 조직을 줄기세포로 만든 상태로, 올해 말까지는 간과 심장 조직 등을 추가로 만들어 본격적인 실험을 진행할 예정이다. 정 연구원은 “지금은 주요 장기 몇 개로 실험을 하는 수준이지만 점차 여러 장기를 더해 복잡성을 높여갈 것”이라며 “장기적으로는 환자에게서 떼어낸 체세포로 기관을 만들어 치료제의 효과와 독성을 시험하는 ‘개인 맞춤형 임상시험’까지 가능하게 하는 것이 목표”라고 말했다.

최근 인체 장기를 전자 칩으로 구현해 각종 실험을 진행하는 ‘올갠 온 어 칩(Organ on a chip)’ 기술이 큰 주목을 받고 있다. 가령 폐를 모사한 ‘렁 온 어 칩’은 실제로 칩 위에 혈액과 공기가 흘러가는 동안 폐세포가 물질을 흡수하고 백혈구가 박테리아를 잡아먹는 과정을 관찰할 수 있다.

‘렁 온 어 칩’ <출처: ⓒDan Huh, Univ. of Penn>

정 연구원은 “올갠 온 어 칩은 (약물 후보 물질) 발굴 시험에 효과적이지만 너무 작아서 칩 안에 든 세포를 꺼내 분석하는 등의 작업을 하기 어렵다”면서 “NOCS는 화학물질이 나타내는 효능과 독성을 정교하게 분석할 수 있다는 점에서 유리하다”고 말했다.

쓰던 약에서 ‘로또’ 찾는다

동물실험을 아예 거치지 않고 사람을 대상으로 하는 임상시험부터 약 개발을 시작하는 방법도 최근 각광받고 있다. 기존 약품의 농도 등을 변화시켜 다른 질환 치료에 적용해 보는 방식으로, ‘신약 재창출(drug repositioning)’이라고 부른다.

기존 안정성 검사를 테스트한 물질에서 새로운 신약 가능성을 찾기도 한다. <출처: (cc) Charles Kaiser at flickr.com>

이 방법은 이미 인체 유해성을 검증하고 사용 승인을 받은 약품을 재활용하는 것이기 때문에 굳이 많은 동물실험을 거치지 않고도 임상시험에 돌입할 수 있다. 원래 협심증 치료제로 개발됐던 실데나필이라는 물질을 발기부전 치료제(바로 ‘비아그라’다!)로 쓰게 된 것이 대표적인 사례다. 류인균 이화여대 뇌·인지과학과 교수팀은 운동보조제로 많이 복용하는 크레아틴이라는 물질이 여성 우울증 개선에도 효과가 있다는 사실을 밝혀 국제학술지 <생물학적정신의학> 2015년 12월 15일자에 발표했다(dx.doi.org/10.1016/j.biopsych.2015.11.027). 연구에 참여한 김지은 이화여대 뇌·인지과학과 교수는 “신약 재창출 방식은 이미 있는 약품 자원을 활용하는 연구이기 때문에 동물실험에서 자유롭다”며 “허혈성 뇌졸중 치료제를 필로폰 중독 청소년의 뇌손상 치료에 적용해 보는 등 다양한 연구를 진행하고 있다”고 말했다.

이처럼 최근 동물실험을 대체하는 방법에 대한 연구는 생물학, 컴퓨터과학, 기계공학 등 전방위적으로 이뤄지고 있다. 동물실험을 뛰어넘어 화학물질을 더 정확하게 평가할 수 있는 기술 개발이 절실한 상황이라는 반증이라고 할 수 있다. 이는 동물과 인간 모두를 위한 일이다.

과연 인간은 동물을 실험에서 해방시킬 수 있을까? “한 나라의 위대함과 도덕성은 동물을 다루는 태도로 판단할 수 있다”는 말도 있다.