[바이오토픽] 줄기세포를 이용한 파킨슨병 치료, 어디까지 왔나?

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[바이오토픽] 줄기세포를 이용한 파킨슨병 치료, 어디까지 왔나?

BRIC |의학약학 양병찬 (2017-09-01 09:23) | 문서원문

＠ Mainichi Japan (August 31, 2017)

일본의 연구자들은 iPS 세포(유도만능줄기세포; 참고 1)로 만든 뉴런을 뇌에 이식한 실험에서, 파킨슨병 치료에 긍정적인 결과를 얻었다고 발표했다. 파킨슨병 유사질환을 앓는 원숭이를 대상으로 한 연구에서, 증상이 개선되고 부작용이 없는 것으로 나타났다고 한다. 이번 연구결과는 8월 30일 《Nature》에 발표되었다(참고 2).

이번 연구의 핵심은 '원숭이의 뇌에 이식된 뉴런이 2년 이상 위험한 영향을 초래하지 않고 생존했다'는 것으로, 인간 파킨슨병 환자를 대상으로 줄기세포요법의 임상시험을 실시할 수 있을 거란 희망을 주고 있다.

이번 연구를 이끈 일본 교토 대학교의 타카하시 준 박사(줄기세포과학)에 따르면, 그가 이끄는 연구진은 조만간 iPS 세포로 만든 뉴런을 인간에게 이식하는 임상시험을 실시할 계획이라고 한다.

이에 《Nature》에서는 이번 연구의 내용을 항목별로 분류하여 자세히 살펴보고, 그것이 미래의 줄기세포치료에 대해 의미하는 바가 무엇인지를 생각해 보려고 한다.

1. 파킨슨병 치료에 유망한 줄기세포는 무엇인가?

파킨슨병은 도파민신경세포(dopaminergic neuron)의 사멸로 인해 발생하는 신경변성질환(neurodegenerative condition)이며, 도파민신경세포란 뇌의 특정 부분에서 도파민이라는 신경전달물질을 만드는 신경을 말한다. 도파민을 생성하는 뇌세포는 운동에 관여하기 때문에, 파킨슨병 환자는 전형적으로 떨림이나 근육경직을 경험한다. 현행 치료법은 증상을 완화할 뿐 근본원인을 치료하지는 못한다.

연구자들은 '만능줄기세포(체내의 모든 세포를 형성할 수 있는 세포)가 사멸한 도파민신경세포를 대체함으로써, 파킨슨병의 진행을 멈추거나 역전시킬 수 있다'는 아이디어를 추구해 왔다. 인간의 배아에서 유래하는 배아줄기세포는 그런 능력을 보유하고 있지만, 윤리적 논란에 휩싸여 왔다. 그에 반해 성체세포를 배아유사상태(embryonic-like state)로 역분화시킨 iPS 세포의 경우, 윤리문제를 야기하지 않으면서도 배아줄기세포와 동일한 역할을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

2. 이번 연구에서 발견한 것은 무엇인가?

타카하시 박사가 이끄는 연구진은 건강한 사람과 파킨슨병 환자에게서 유래하는 iPS 세포를 도파민생성 뉴런으로 분화시켰다. 그런 다음, 이 세포들을 파킨슨병 유사질환을 앓는 마카크 원숭이들에게 이식했는데, 이 원숭이들의 증상은 뉴런을 사멸시키는 독소를 투여함으로써 유발되었다.

원숭이의 뇌에 이식된 뇌세포들은 2년 이상 생존하며, 원숭이의 뇌세포들과 시냅스를 형성했다. 이에 따라 원숭이들은 케이지 내부를 좀 더 빈번하게 왕래하는 것으로 나타났다.

3. 이번 연구가 중요한 이유는?

줄기세포 요법에 대한 가장 큰 우려는 종양을 형성하는 것인데, 연구진은 이식된 세포들이 종양을 형성했다는 징후를 전혀 발견하지 못했다. 또한 이식된 세포들은 난치성(면역억제제로 통제할 수 없는) 면역반응을 초래하지 않았다.

"이번 연구는 임상시험으로 자신 있게 진행하기 전에 해결해야 할 문제들을 모두 해결했다"라고 스웨덴 룬드 대학교의 안데르스 비오르클룬드 박사(신경과학).는 말했다.

4. 임상시험은 언제 실시되고, 어떻게 진행될 것인가?

"우리는 내년 말쯤 임상시험을 시작할 수 있기를 바란다"라고 타카하시 박사는 말했다. 만약 예정대로 진행될 경우, 그것은 iPS 세포를 이용한 최초의 파킨슨병 임상시험으로 기록될 것이다. 2014년 일본의 70대 여성이 한 명이 황반변성 치료를 위해 iPS 세포에서 유래하는 세포를 최초로 이식받은 적이 있다(참고 3).

이론적으로, iPS 세포는 개인별 맞춤형이 될 수 있으므로, 외부조직에 대한 면역반응을 억제하는 약물을 투여할 필요가 없다.

그러나 맞춤형 iPS 세포는 만드는 데 비용이 많이 들며, 유도하여 배양하는 데 2개월이라는 긴 시간이 걸린다. 따라서 연구진은 건강한 사람들에게서 iPS 세포를 확립하고, 면역세포 생체표지(immune cell biomarker)를 이용하여 파킨슨병 환자와의 호환성을 테스트할 계획이다. 그럴 경우 면역반응과 면역억제제 사용을 최소화할 수 있을 것이다.

한편, 《Nature Communications》에 별도로 기고한 논문에서(참고 4), 타카하시 박사가 이끄는 연구진은 다른 원숭이의 iPS 세포에서 유래하는 뉴런을 이식해 봤다. 그 결과, 비슷한 백혈구세포 표지를 가진 원숭이들끼리 이식할 경우 면역반응을 잠재울 수 있는 것으로 밝혀졌다.

【참고】 타카하시 준 박사의 연구개요

타카하시 준 박사가 몸담고 있는 일본 교토대학교 재생의과학연구소 생체복구 응용분야에서는 줄기세포, 특히 배아줄기세포(ES 세포)와 유도만능줄기세포(iPS 세포)를 이용한 난치성 신경병 치료법 개발을 목표로 하고 있다. 특히 태아의 흑질세포 이식에 의해 임상경험이 축적된 파킨슨병을 주요 대상질환으로 (1) ES 세포, iPS 세포에서 도파민생산 신경세포 유도하기, (2) 세포이식을 통한 모델동물의 신경증상 개선하기에 관한 연구를 하고 있다.

이러한 만능줄기세포를 이용한 세포이식 치료의 임상 응용을 위해서는, ① 동물 인자를 포함하지 않는 신경 유도, ② 종양 형성 억제를 위한 세포 선별, ③ 이식 시 세포사멸 억제 및 이식 후 면역 억제, ④ 장기 효과와 안전성 확인 등 고려해야 할 점이 많아, 현재는 이들을 하나씩 하나씩 해결하고 있다. 미래에는 세포이식 및 뇌 심부자극술 등을 포함한 종합적인 신경 난치병 치료로 연결되기를 기대하고 있다. 또한 이러한 성과는 다른 신경변성질환이나 뇌졸중 등에도 응용 가능하다고 기대된다.

5. 파킨슨병 치료를 위해 테스트하고 있는 다른 줄기세포에는 어떤 게 있나?

(1) 올해 초 중국의 연구자들은 다른 접근방법을 이용하여 파킨슨병 임상시험을 시작했다. 배아줄기세포에서 유래한 신경전구세포를 환자에게 이식하여(참고 5), 성숙한 도파민생성 뉴런으로 발달하도록 하는 방법이다. 그로부터 1년 전에는 호주의 환자들이 그와 비슷한 세포를 이식받은 적이 있다. 그러나 일부 연구자들은 '미성숙한 세포들이 이식되면 종양을 초래하는 변이가 발생할 수 있다'며 우려를 표명하고 있다.

(2) 타카하시 박사가 포함된 GForce-PD라는 파킨슨병 줄기세포요법 컨소시엄의 연구자들 중 일부는 또 다른 접근방법을 임상에 적용하려 하고 있다. 미국, 스웨덴, 영국의 팀들은 모두 배아줄기세포에서 유래하는 도파민생성 뉴런들을 인간에게 이식하는 임상시험을 계획하고 있다. "기존에 확립된 줄기세포주들은 잘 연구되어 있다는 장점이 있으므로, 대규모로 배양할 수 있으며, 모든 참가자들이 표준화된 치료를 받을 수 있다"고 컨소시엄의 멤버인 비오르클룬드 박사는 말했다.

(3) 스크립스 연구소의 잔 로링 박사(줄기세포과학)는 환자 자신의 체세포를 이용한 iPS-유래 뉴런을 이식하는 방법을 선호한다. "이 접근방법은 비용이 많이 들지만, 위험한 면역억제제를 회피할 수 있다"라고 그녀는 말했다. 그리고 iPS 세포는 환자들마다 새로 확립해야 하므로, 세포주들의 분열횟수가 비교적 적어 종양을 초래하는 변이로 발달할 위험을 최소화할 수 있다. 로링 박사는 2019년에 임상시험을 시작할 수 있기를 희망하고 있다. "과도한 경쟁은 금물이며, 모두의 성공을 응원한다"라고 그녀는 말했다.

배아줄기세포에서 유래하는 뉴런을 사용한 임상시험을 진행하고 있는 메모리얼슬론케터링 암센터의 로렌츠 스투더 박사(줄기세포과학)는 이렇게 말한다. "아직 해결해야 할 이슈들이 많다. 일례로, 각각의 이식절차에 필요한 세포의 수가 얼마인지. 그러나 이번에 일본의 연구진이 내놓은 결과는, 파킨슨병의 줄기세포요법이 전진할 준비가 되어있음을 시사하는 징후로 여겨진다."

※ 참고문헌
1. http://www.nature.com/news/how-ips-cells-changed-the-world-1.20079 (한글번역: http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=273153)
2. Kikuchi, T. et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature23664 (2017).
3. http://www.nature.com/news/japanese-woman-is-first-recipient-of-next-generation-stem-cells-1.15915 (한글번역: http://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=news&id=281768)
4. Morizane, A. et al. Nature Commun. (2017); http://dx.doi.org/10.1038/s41467-017-00926-5
5. https://www.nature.com/doifinder/10.1038/546015a

※ 출처: Nature http://www.nature.com/news/reprogrammed-cells-relieve-parkinson-s-symptoms-in-trials-1.22531

바이오토픽 양병찬(약사, 번역가) 서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하고 있다. 풍부한 인생경험을 살려 의약학, 생명과학, 경영경제, 스포츠, 소설에 이르기까지 다양한 분야의 서적들을 번역 출간했다. 매주 Nature와 Science에 실리는 특집기사 중에서 바이오와 의약학에 관한 것들을 엄선하여 실시간으로 번역 소개한다. https://www.facebook.com/OccucySesamelStreet