우리 인체는 210여 종의 다양한 세포들(신경세포, 피부세포, 혈구세포,... 등)로 구성되어 있다. 이들 세포들이 인체의 각 장기의 구성 세포가 되면서 한인체가 완성되는 것이다. 그리고 이들 세포들은 끊임없이 죽고 새로 태어나고 한다. 예를 들어 성인의 경우 하루에 수억 개의 피부세포가 죽고 새로 태어난다. 만약 이러한 활동이 일어나지 않는다면 심각한 질병에 걸리거나 죽고 만다.
줄기세포는 바로 이러한 세포들의 기원이 되는 것으로서 출생 후 우리 몸속에 극히 일부가 있어 세포 재생의 기원 역할을 한다.
예를 들어, 심하게 독감이 걸리게 되면 후각을 담당하는 뇌세포가 기능이 정지되거나 죽게 되어 냄새를 맡지 못한다. 하지만 독감에서 회복된 후 후각을 관장하는 줄기세포가 다시 후세포를 만든다.
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출생 후 우리 몸속의 각 부위에 있는 성체줄기세포(adult stem cell)와 정자와 난자의 수정란에서 유래하는 배아줄기세포(embryonic stem cell)로 구분된다.
성체줄기세포는 특정 조직을 구성하는 세포로 즉, 골수세포는 혈구로, 피부줄기세포는 피부로 분화되도록 운명이 정해져 있는 세포다.
반면, 배아줄기세포는 남성의 생식세포인 정자와 여성의 생식세포인 난자의 수정으로 생성된 수정란(배아)에서 유래한다.
수정란이 엄마뱃속에서 아기로 성장할 때 약 2조 개의 세포가 생성되는데 배아줄기세포는 이러한 다양한 종류의 세포로서 발생할 수 있는 능력을 가지진다. 이렇듯이 배아줄기세포는 인체를 구성하는 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 무한한 능력을 갖고 있어 만능세포라고도 한다.
성체줄기세포는 신체 각 조직에 극히 미량만 존재하기 때문에 어떠한 성질을 가지는지 정확히 알지 못한다. 예를 들어, 골수에 있는 혈액 중에 혈구줄기세포가 있을 텐데 아직까지 분리된 세포 중 정확히 어떤 세포가 줄기세포인지 알지 못한다. (대개 10만 개의 골수세포 중 1개 정도가 혈구줄기세포일 것으로 예측되고 있다.) 또한, 성체줄기세포는 체외에서 배양하기가 대단히 어렵다.
때문에 백혈병 치료를 위하여 유전자형이 같은 골수기증자를 구해 이식하는데 한 명의 골수 기증자로부터 단 한 명의 환자밖에 이식하지 못한다. 만약 기증받은 골수세포를 연구실에서 잘 배양하여 그 양을 늘릴 수 있다면 백혈병으로 고생하는 다른 환자에게도 이식할 수 있는 획기적인 치료법이 개발될 수 있을 것이다.
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반면 배아줄기세포는 수정란에서 유래한 세포이기 때문에 우리 몸의 어떤 부위로든지 자랄 수 있다. 또한, 배양이 용이하여 무한대로 배양이 가능하다. 그리고 이 세포는 노화되지 않기 때문에 한 개의 세포를 수억 개까지 배양할 수 있는 장점이 있다.
인간 배아줄기세포는 1998년 10월에 처음 보고되었는데 지금까지 노화하지 않고 자라고 있다. 하지만 이것은 인간으로 자랄 수 있는 수정란을 이용하기 때문에 윤리적인 문제로 세계적으로 논란이 많은 것이 사실이다.
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현재 배아줄기세포를 만드는 수정란은 불임증 치료를 위하여 시험관 아기 시술을 하는 환자로부터 얻고 있다. 시험관 아기 시술에는 평균 8~10개 정도의 난자가 채취되는데 이 중에서 80~90%정도가 수정이 된다. 이 중에서 2~3개만 자궁에 착상시키고 나머지는 냉동 보관한다. 만약 임신에 실패하면 다시 사용하기 위함이다. 임신에 성공하여 냉동 보관된 수정란이 필요 없게 되었을 때 부부의 동의에 냉동 보관된 수정란으로 배아줄기세포를 얻는 실험을 하고 있다.
현재 가장 많이 이용하는 방법은 불임치료를 목적으로 체외수정을 통해 얻어진 배아를 이용하는 방법인데, 배아줄기세포는 배아를 배반포까지 발생시킨 후 그 안쪽에 위치한 내세포괴로부터 유도될 수 있다.
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배아로부터 일단 배반포가 만들어지면 이로부터 내세포괴만이 분리되어져야하는데 이 때는 면역학적인 분리법과 기계적인 분리법이 있다. 면역학적인 방법은 세포의 표면을 인식할 수 있는 항체로 배반포를 처리한 후 항체가 붙어있는 세포만을 선별적으로 사멸시킬 수 있는 보체를 다시 넣어주어 배반포로부터 안쪽의 내세포괴만 남겨 분리하는 방법이다.
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기계적인 방법은 미세수술이 가능한 도구를 이용하여 직접적으로 내세포괴 이외의 부분을 절제해내는 방법이다
분리된 내세포괴는 분화를 억제하면서 미분화 세포의 증식만 일어나도록 하는 환경 안에서 배양이 되며, 이 때 분화억제인자 및 이를 만들어내는 지지세포 또는 특정 지지체와 지지세포 배양액이 이용된다. 지지세포로는 주로 쥐의 배아섬유세포가 이용되고 있으며 사전에 방사능 처리나 화학적 처리로 지지세포 자체는 증식이 되지 않으면서 배아줄기세포의 분화억제 및 증식을 돕게 된다.
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<항원항체 반응의 원리를 이용한 색깔구별 방법> | |
세포의 증식이 진행되어 적당한 크기와 밀도를 갖는 집합체가 형성이 되면 다시 기계적인 방법에 의해 좀 더 작은 세포 집합체들로 분리를 하며, 이 작은 집합체들을 다시 같은 조건의 새로운 배양접시로 옮겨 배양한다. 이와 같은 과정을 계속 반복함으로써 많은 양의 배아줄기세포를 만들어내고 유지시킬 수 있게 된다.
미분화 상태의 배아줄기세포가 정상인지를 확인하는 작업은 두 가지로 나눌 수 있다. 항원항체 반응의 원리를 이용한 색깔구별 방법과 특이 유전자 증폭을 통한 구별방법이 있다.
또한 이렇게 구별된 배아줄기세포를 핵형 분석을 통해 정상 염색체를 가지고 있는지 판단한다. .
마지막으로 배아줄기세포의 특성이 확인된 세포들을 장기간 보관하기 위해서는 동결보존 방법을 이용하는데 일반 세포들과는 다를 과정을 거친다. 배아줄기세포는 단일세포로는 미분화된 상태의 증식을 유지하기 어렵기 때문에 세포덩어리의 형태를 유지한 상태에서 동결하여야 하며 동결보호 용액이 고루 작용을 하도록 조건을 맞춘 후 액체질소로 급속 냉동한다.
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전 세계적으로 인간의 수명이 증가하여 고령화 사회에 접어들면서 퇴행성 난치질환이 증가하고 있으며, 장기 및 조직이식을 필요로 하는 환자가 급증함에도 불구하고 장기 기증자는 매우 한정되어 있다. 이의 대안으로 세포치료법(Cell therapy)을 이용하면 질병에 의하여 치명적으로 손상 받은 세포, 조직 및 장기를 대체하여 근원적으로 치료할 수 있다.
배아줄기세포를 이용한 세포분화와 세포치료 응용기술이 실용화 될 경우 국내에서만 연간 6,000억 원 이상의 시장이 형성된 것으로 예상되며,또한 30~40달러의 수입 대체효과가 있을 것으로 생각되고 있다.
배아줄기세포로 치료 가능한 질병 ( 배아줄기세포로 분화 가능한 세포 = 치료 가능 질병 )
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질병
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세포
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파킨슨병,헌팅톤병,알츠하이머,간질, 뇌졸중,루게릭병 등 |
신경세포 |
심부전증
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심근세포 |
척추신경 손상 질병
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척추신경 세포
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B형,C형 간염,간경화
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간장세포 |
상치료, 피부이식이 필요한 든 질병
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피부세포
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당뇨병
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췌장세포
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동맥경화증
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혈관상피세포
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퇴행성관절염
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연골세포
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뼈를 이식해야 하는 모든 질병
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골(뼈)세포
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백혈병, 빈혈, HIV
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조혈모세포
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근육위축증
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근육세포
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배반포 안쪽에 위치하는 세포군으로 후기 배아의 배아판으로 발전하고 결국에는 태아가 되는 부분이다.
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난자와 정자의 수정이 이루어진 후 8주까지(인간의 경우)를 말하며 후에 태아가 된다.
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30~150개 정도의 세포로 이루어진 착상 전의 배아로 구형을 이루고 있다. 바깥쪽 세포들로 이루어진 막 안쪽에 내세포괴로 불리는 안쪽 세포군이 존재하며 빈 공간은 배반포액으로 채워져 있다.
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배아줄기세포가 분화하지 않고 배양접시 안에서 제대로 자리 잡고 배양될 수 있도록 배양접시에 먼저 붙여주는 세포로 현재는 생쥐의 배아섬유세포가 흔히 사용된다.
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세포내 염색체들의 배열 및 크기, 모양, 숫자들을 알아보기 위한 분석방법으로 유전적인 이상 유무를 알아볼 때 쓰인다.
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중장년 성인 층에서 주로 발생되는 질환들로 주로 신경계 질환들이 많습니다. 퇴행성관절염, 경추척수증 등이 있습니다.
손상된 조직 또는 기관 부위를 치료할 목적으로 체외에서 세포를 배양하여 체내에 투여하는 치료법이다.