뇌졸중 치료에서 성체간엽 줄기세포치료의 현재와 미래

[정태덕]

뇌졸중 치료에서 성체 간엽 줄기세포 치료의 현재와 미래

1가톨릭 의과대학 신경과학교실, 2가톨릭 기능성 세포치료센터

1. 서 론
뇌졸중은 우리나라에서 사망 원인들 중 암에 이어 2번 째를 차지하고 있고 단일 질환으로서는 1위를 차지하는 무 서운 질병이다. 최근 보고에 의하면 우리나라는 노인 인 구는 급격히 증가하고 있는 반면 출산률은 매우 저조하여 고령화 사회로 접어들었고 세계에서 제일 빠르게 초고령 화 사회로 될 것이라는 통계보고가 있다. 따라서 뇌졸중 은 노인층에서 주로 발생하기 때문에 점점 증가할 가능성 이 많다. 뇌졸중은 일단 발생하면 특별한 치료법이 없고 후유증이 심각하기 때문에 이에 대한 관심과 많은 연구가 필요한 시점이다.
급성기 뇌졸중의 치료법으로 혈전용해제와 뇌세포 보호 제제가 사용되고 있지만 아직 만족할 만한 성과를 거두지 못하고 있다. 일단 뇌 손상이 심하게 오면 정상으로 되돌 릴 수 없기 때문이다. 최근에 뇌졸중으로부터 신경학적 회 복을 증가시키기 위하여 줄기세포 치료를 실시하여 안전 성과 효과를 증명하는 많은 보고들이 있다. 줄기세포 치 료의 다양한 세포들로는 배아 줄기세포, 불멸화세포주, 신 경 줄기세포, 골수, 제대혈 및 지방세포에서 얻은 줄기세 포 등이 있다. 동물실험의 성공에 힘입어 일부 세포들은 임상실험도 진행중인 것이 있다.
줄기세포는 자가재생능력을 가지고 각각의 개개 세포들 이 일생동안 변화된 성질을 그대로 유지하는 특징을 가진 미분화 세포를 말한다. 이러한 줄기세포는 그들의 발생기 원에 따라 다르게 구분한다.

즉 배아, 태아와 성체 줄기 세포로 나눌 수 있다.

그러나 배아나 태아 줄기세포의 사 용에는 심각한 생물학적, 윤리적, 그리고 법적인 문제 제 기가 많이 있어 임상에서 적용하기는 제한이 많이 따른다.

따라서 성체 뇌조직이나 골수에서 얻은 성체 줄기세포는 중추신경계에 대한 세포치료의 매우 매력 있는 대체 세포 가 될 수 있다.

아직까지 성체 신경 줄기세포의 추출 기 술은 발달되지 않았기 때문에 성체 간엽 줄기세포에 더 관심이 집중되고 있다.

성체 간엽 줄기세포는 분리하기가 쉽 고, 잘 배양되고, 안정적인 표현형을 가지고, 이동성이 좋 고, 운반방법과 여러 배합 처방을 다양하게 준비할 수 있 으며, 면역거부반응을 일으킬 가능성이 적은 점 등 장점 이 많아 연구에 많이 이용하고 있다.1
이에 저자들은 뇌졸중의 치료로서 세포 치료시 고려해 야 할 점과 뇌졸중에 대한 성체 간엽 줄기세포의 치료효 과에 대하여 고찰해 보고자한다.

2. 뇌졸중 치료로서 줄기세포 치료시 고려해야 할 점

2.1. 해부학적 특징
파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환은 대체적으로 한 가 지 종류의 신경세포만이 소실되는 반면에 뇌졸중에서는 여 러 가지 신경 및 교세포가 소실된다. 예를 들면 시상, 해 마, 시각 대뇌피질을 침범하는 뇌경색이 있다면 3가지 이 상의 다른 신경세포 군들이 손상된다는 것이므로 어떤 특 수 기능만을 가진 세포만으로는 뇌졸중 치료에 제한점이 많다. 올리고덴드로사이트, 성상세포 및 내피세포 등도 같 이 손상을 받기 때문에 복잡한 신경-교-내피세포 간의 상 관관계를 구축하기 위해서는 어떤 한 특정 형태의 세포보 다는 여러 가지 기능을 함께 나타내는 줄기세포가 치료에 필요하다. 또한 뇌졸중은 회백질뿐만 아니라 백질도 손상 을 일으킨다. 이 뇌의 백질이 파괴되면 주입된 줄기세포 는 액슨과 기능적인 연결도 힘들게 된다.
뇌졸중은 여러 신경해부학적 경로를 차단할 수 있다. 즉 운동, 감각, 소뇌 및 시각 경로뿐만 아니라 집중력, 언어 및 행동에 대한 신경 네트워크 등이 차단될 수 있다. 뇌 졸중에서는 이러한 임상양상이 다양하기 때문에 줄기세포 치료가 대체로 국한된 신경세포 손상에 의하여 생긴 퇴행 성 질환보다는 복잡하다는 것을 고려해야 한다.

2.2 이식시점
뇌졸중 후 세포를 이식할 최적의 시간에 대해서는 충분 히 연구되어 있지 않다. 급성기에서는 흥분독성 신경전달 물질, 자유 라디칼, 염증 촉진 매개물질 등이 많이 나와 주입된 줄기세포에 위협이 될 수 있다.2 허혈 손상은 진 행성 과정으로 뇌졸중 후 명암선반영부분에 있는 세포들 은 세포자멸사로 수 주 동안 죽게 된다.3 더욱이 염증반 응은 미세아교세포를 활성화 시키고 내인성 신경세포화를 억제한다고 되어있어 이식된 줄기세포의 성장과 생존을 억 제할 수 있다.4,5 그러나 다른 측면에서 보면 이시기에는 신경성장인자가 많이 나오고 숙주환경이 이식된 줄기세포 의 성장, 생존, 분화 및 통합을 촉진하는 방향으로 되기 때문에 장점도 될 수 있다. 또한 허혈 환경에서는 뇌실주 변부위와 대뇌피질에서 내인성 신경줄기세포를 자극하여 새 로운 신경세포나 교세포로 재생되는 것을 촉진한다.6,7 어 떤 이식치료가 이러한 내인성 신경세포화 진행에 영향을 주는지는 아직 밝혀져 있지 않다. 그러나 최근 줄기세포 를 이용한 실험들의 결과를 보면 뇌경색 초기에 이루어 졌 고 이식된 줄기세포들은 신경성장인자 등을 많이 분비하 고 내인성 신경세포화를 촉진하는 방향으로 환경을 만들 어 뇌경색에 대한 효과를 나타낸다는 것이 대부분이어서 초기에 이식하는 것이 좋을 수 있다는 가능성을 제시하고 있다.
만성기에 이식을 할 경우에는 뇌조직이 이미 흉터 조직 으로 변해 있기 때문에 이식된 세포가 제 기능을 발휘하 지 못할 가능성이 많이 있다. 또한 줄기세포를 좀 더 특 수한 기능을 가진 신경세포, 교세포 또는 내피세포 등으 로 분화가 되도록 해야 하고 이들 세포들이 숙주의 뇌조 직에 통합되어 기능을 발휘할 수 있도록 하기 위하여 줄 기세포를 분화시켜 이식해야 하는데 아직까지 여기까지 기 술이 발달되지 않았고 현재 연구 중이라 만성기에서는 아 직 이렇다 할만한 연구 보고는 없다.

2.3. 혈관구조
동맥이 막히고 측부 순환이 없다면 이식은 성공하지 못 한다. 이식된 세포들이 혈액공급이 없으면 살지 못하기 때 문이다. 또한 뇌졸중의 급성기와 아급성기때는 염증세포들 이 혈관에서 허혈 손상영역으로 이동하기 때문에 이러한 염증은 허혈 영역에 이식된 줄기세포가 머무르는 것을 방 해할 수 있다. 따라서 막힌 동맥이 다시 재관류되거나 측 부 순환이 발달된 경우에 줄기세포를 이식하는 것이 좋은 성과를 기대해 볼 수 있겠다.

2.4. 투여 경로
줄기세포를 어떤 경로로 투입하여야할 것인가도 고려되 어야 한다. 정맥내 주입, 경동맥내 주입, 뇌실내 주입, 또 는 뇌경색 중심부에 주입 등을 고려해 볼 수 있다. 주입 할 줄기세포의 양도 투여 경로에 따라 달라지므로 이에 대 한 연구도 필요할 것이다.

3. 뇌졸중 치료로서 성체 줄기세포치료의 종류

뇌졸중에 대한 성체 줄기세포 치료는 내인성 접근법과 외인성 접근법으로 나눌 수 있다 (Fig. 1).8 내인성 줄기 세포치료의 목적은 이미 생리적으로 중추신경계나 조혈계 에 존재하는 성체줄기 세포를 이용하는 것이고 외인성 줄 기세포치료는 중추신경계나 조혈계에서 얻은 성체 줄기세 포를 배양하고 분리하여 국소적 또는 전체적으로 투여해
뇌졸중 치료에서 성체 간엽 줄기세포 치료의 현재와 미래 주는 방법을 말한다.

3.1. 성체 신경 줄기세포
불과 수 십년 전까지만 해도 중추신경계는 재생을 하지 못한다고 알려져 왔다.

그러나 최근 연구에서 중추신경계에 서의 신경재생은 지속적인 생리과정으로 밝혀졌다.

신경재 생은 두 영역에서 이루어진다고 알려져 있다.

즉 뇌저막지 역 (SVZ)과 치상회의 과립저막지역이다.

9-11 이외에도 최근 의 연구에 의하면 중추신경계의 다른 영역에서 신경줄기세 포가 존재함이 밝혀졌는데 이는 선조체, 중추신경 및 내피 질 등이다.

12-14 뇌저막지역과 치상회에서 유래된 신경줄기세 포는 자기재생과 신경세포나 교세포로 분화되는 특징을 가 지고 있고 사람을 포함한 포유동물에서 일생동안 존재한다 고 알려져 있다.

10,15 따라서 신경재생이 생리학적 방식으로 발생하거나 외부 신호나 병태생리학적 과정에 의해 조절된 다는 것을 알아야 한다. 성체 신경재생을 조절하는 인자들 로는 육체운동, 스트레스,16 섬유아세포성장인자-2,17 VEGF,18,19 BDNF,20,21 에리스로포이에틴22 등이 알려져 있 다. 중추신경계 질환 즉 경련, 외상성 뇌손상, 뇌경색 등이 신경재생을 연구하는 동물모델로 이용되고 있다.23-25

3.2 뇌졸중 후 내인성 신경줄기세포를 자극하여 신경 재생을 촉진하는 치료

3.2.1 내인성 신경재생 능력을 촉진하는 물질을 이용한 치 료.
VEGF,26 BDNF,27 에리스로포이에틴28을 뇌경색 동물모델 에 투여하여 뇌경색 크기가 줄고 신경학적 기능이 호전되 었다는 보고들이 있다. VEGF와 BDNF는 임상에 사용할 수 없는 물질이므로 임상시험의 근거는 없다. 최근에 독 일에서 에리스로포이에틴 (총 10만 unit/3일)을 뇌경색 환 자에게 투여하는 임상시험이 이루어 졌는데 제 Ib상 연구 에서 안전성에는 큰 문제없다고 보고하였고 40명을 대상 으로 이중 맹검 무작위 연구가 진행 중에 있다.29 에리스 로포이에틴 투여군이 대조군 보다 뇌경색 크기가 줄었고 기능적인 호전이 증명된 것은 급성기 뇌졸중 치료의 하나 로 인정받을 수 있는 가능성을 제시하는 소견으로 더 많 은 임상시험이 필요하다고 하겠다.

3.2.2. 조혈계 줄기세포를 이용한 치료
조혈계 줄기세포가 신경세포로 분화가 가능하다는 발견 으로 뇌졸중 치료에서 조혈계 줄기세포에 대한 관심이 증 가 되었다. 또한 흥미롭게도 뇌경색 급성기 환자의 말초 혈액에서 CD34+ 단핵구 세포가 저절로 3배 증가한다는 소 견이 밝혀지면서 이정도 소견은 불충분한 자가치료메커니 즘으로 간주되어 CD34+세포를 더 많이 증가시키면 회복 에 도움을 줄 것으로 기대하여 과립 백혈구 콜로니 자극 인자 (G-CSF)를 투여하는 방법이 제시되었고 동물실험도 실시하였다.30
3.3. 뇌졸중 후 외인성 줄기세포 치료법
3.3.1. 외인성 성체 신경 줄기세포 치료
뇌에서 성체 신경줄기세포를 분리하고 배양한 후 뇌경 색 영역에 주입해 주는 치료방법으로 성체 쥐의 뇌에서 부 작용 없이 줄기세포를 분리하여 실험하는 보고가 있기는 하나 인체에 적용하기는 아직 어려운 실정이다.

3.3.2 외인성 성체 줄기세포
골수, 제대혈과 지방세포에서 얻은 줄기세포를 배양하고 분리하여 여러 투여경로로 줄기세포를 투여하여 치료하는 방법으로 현재 가장 많은 동물실험과 초보단계의 임상시 험이 진행되고 있는 상황이다.

4. 성체간엽줄기세포 치료의 현재(임상 전 연구와 임상 연구)

4.1. 임상전 연구 (동물실험)

4.1.1. 골수 기질 세포
골수 기질세포는 뼈, 연골, 지방, 근육, 간세포, 신경세포 와 교세포를 만들 수 있다고 알려져 있다.31-33 골수 기질 세포를 혈관선조, 경동맥 및 정맥 투여방법으로 직접 주 입해 주면 쥐의 허혈성 뇌경색 영역에 이동하여 생존하고 신경세포와 교세포로 분화하여 신경학적 기능을 개선시킨 보고들이 있다.34-36 경동맥으로 주입한 200만개의 골수 기 Figure 1. The endogenous and the exogenous approaches of stem
cell therapy in stroke.
김영인·오일환
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질 세포들 중 허혈 영역에서 단지 0.02%만이 신경세포 표 지자가 염색되었다. 따라서 회복 기전으로 직접적으로 신 경세포로 전환되기보다는 신경성장인자들을 분비하고,37 내 인성 재생 기전을 촉진하고, 세포사를 감소시키며 신경재 생과 혈관재생을 촉진시키는 역할에 의한 것으로 생각되 고 있다.38,39
뇌에서 골수 기질세포의 안전성에 대한 많은 의문들이 생 긴다. 이식된 세포들이 성장인자들을 공급해서 회복을 촉진 한다면 뇌에서 이 세포들에게 무슨 일이 일어날 것인가?, 이 세포들이 허혈성 병변에 남아 있을 것인가?, 이식된 세 포들은 오랫동안 살아남을 것인가?, 이 세포들이 살아남아 다른 성숙한 세포 형태로 분화가 일어난다면 뇌조직으로 될 것인가 아니면 종양으로 발전하는 것은 아닌가? 등이 그 예이다. 따라서 이러한 질문에 답하기 위해서는 오랜 기간 추적연구가 필요할 것이다. 또 다른 이슈로 정맥내 로 투여한 골수기질세포들이 허혈영역에 이동하지만 다른 신체기관에도 이동하기 때문에 다른 기관의 기능에 영향 을 주거나 전위암조직을 만들 가능성도 제기되고 있다. 골 수 줄기세포가 손상 받은 장기로 이동하는 과정은 복잡한 여러 단계 과정을 통하여 일어난다고 믿고 있다. 화학주 개인자들이 이식된 줄기세포를 허혈성 뇌영역으로 끌어오 는데 중요한 역할을 하는 것 같다.40 따라서 다른 투여경 로 즉 경동맥을 통한 주입은 다른 조직으로 이식된 줄기 세포가 적게 가도록 하는 방법일 수 있겠다.

4.12. 인간 제대혈 유래 줄기세포 (HUCBCs)
제대혈은 선택적인 성장인자에 노출되었을 때 신경세포 와 교세포 표식자가 염색되는 다능 줄기세포의 또 다른 제공자이다.41 아직 HUCBC에 대한 생물학적 측면의 지 식은 부족하지만 동물실험에 이용되고 있다. 쥐의 중대뇌 동맥 폐색 (MCA-O)모델에서 24시간 후에 정맥으로 제 대혈 줄기세포를 투여한 경과 대조군에 비해 2주 뒤에 신 경학적 회복이 더 좋았다고 보고 하였다.42 주입한 줄기 세포의 약 1%만이 뇌경색 영역으로 이동하였고 이들 중 2%정도가 신경세포의 표지자를 표현하였다. 예상했던 대 로 정맥으로 투여된 HUCBC는 다른 장기에도 퍼졌다. MCA-O 뇌경색 모델을 이용하여 정맥내로 투여한 경우 와 혈관선조 내에 주입한 경우를 비교하였더니 이식 2개 월 후에 신경학적 기능평가를 해 보면 두 방법 모두 비 슷한 호전경과를 보였지만 정맥내 투여가 약간 더 선호 된다는 결과를 얻었다.43 골수 줄기세포와 마찬가지로 HUCBC 의 기능적 효과는 성장인자의 분비에 의한 단기간 효과 만을 증명한 것이다.
4.1.3. 인간 지방 유래 줄기세포 (HASCs)
최근 연구에 의하면 지방세포에도 줄기세포가 있다는 보 고가 있다. 지방세포를 일차로 배양하면 여러 가지 세포 들이 자라는데 여러 차례 계대 배양을 하게 되면 간엽 줄 기세포와 일치하는 기질세포를 얻을 수 있다.44,45 이들은 신경세포로 분화될 가능성이 많은 네스틴 표식자 양성 줄 기세포이다.45 인간의 지방흡입 지방조직에서 배양된 기질 세포는 5-아자싸이티딘/NGF/BDNF/bFGF를 이용하면 신경 세포로 분화를 유도할 수 있다.45
MCA-O 뇌경색 모델을 만든 1일 후에 측뇌실로 HASC 를 주입한 결과 이식된 세포들을 명암선 반영부분 영역에 서 발견하였고 1주일 뒤에 신경학적 기능이 대조군에 비 해 호전되었지만 뇌경색 크기는 대조군과 비슷하였다.45 오 랜 기간 동안의 효과는 잘 모르지만 단기간의 효과는 증 명된 만큼 다른 줄기세포와 마찬가지로 성장인자에 의한 보호작용이 제시되고 있다.
4.2. 임상시험
위에서 언급한 여러 가지 동물실험들의 결과를 바탕으 로 성체 간엽 줄기세포 (골수 줄기세포)를 이용한 임상 시험이 처음으로 국내에서 진행되었다.46 뇌경색 환자에서 골수를 천자한 후 줄기세포를 배양하고 5×105 개의 줄 기세포를 2차례 (1차: 4-5주 후, 2차: 7-9주 후) 정맥내 로 투여한 다음 뇌경색 크기, 신경학적 기능검사를 1년 동안 조사하여 대조군과 비교한 실험으로 뇌경색 크기는 차이가 없었지만 뇌실의 확장은 대조군이 더 심한 양상 을 보였다. 신경학적 기능검사에서도 줄기세포 투여군이 대조군 보다 더 호전된 양상을 보여 줄기세포의 효과가 더 좋았음을 보고하였다. 또한 부작용도 없어 줄기세포 치 료가 뇌경색의 치료의 하나로 제안하였다. 그러나 실험군 이 5명으로 한정되어 있어 향후 더 많은 임상시험이 필 요할 것으로 보인다.
5. 성체 간엽 줄기세포 치료의 미래(향후 연구 방향)
골수기질세포 중에서 간엽 줄기세포만을 배양하여 이를 불멸화시켜 쥐의 뇌경색 모델에 정맥내로 주입한 결과 뇌 경색 크기를 줄이고 신경학적 기능을 호전시켰다는 보고 가 있었다.47 이처럼 급성기 뇌경색에는 효과가 증명되어 동물실험뿐만 아니라 임상시험도 이루어지고 있다. 이식된 줄기세포의 운명에 대해서는 아직 잘 모른다. 또한 간엽 줄기세포를 신경세포로 분화시킨 다음 이식하는 연구에 대 해서도 아직 미흡하다. 만성기 뇌경색으로 신경학적 후유 증이 남은 상태에서 줄기세포의 이식의 효과는 아직 적합 한 실험동물모델도 아직 없는 실정이다. 따라서 이러한 연 구가 더욱 더 필요할 것이다.
최근 골수 간엽 줄기세포에 성장인자인 BDNF를 트랜
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스펙션시켜 BDNF를 많이 분비하도록 만든 줄기세포를 뇌 경색 모델에 주입한 결과 줄기세포만 투여한 경우보다 더 효과가 좋았다고 보고 하였다.48,49 저자들도 이와 유사한 연구를 수행하여 본 결과 비슷한 결과를 확인할 수 있었 다 (Fig. 2). 또한 유전자 치료법 매개체로서 성체 간엽 줄 기세포를 이용하는 실험에 관심을 가져야 하고 향후 많은 노력을 해야 할 것이다.50,51
6. 결 론
뇌졸중 치료에서 성체 간엽 줄기세포 치료는 아직 초보 적 단계이다. 성체 간엽줄기 세포는 윤리적인 문제가 전혀 없고 비교적 용이하게 분리해서 많은 양을 손쉽게 얻을 수 있기 때문에 임상에서 제일 먼저 사용되고 있고 안전성 문 제도 다른 줄기세포보다는 적을 것으로 기대되고 있다. 그 러나 전술한 바와 같이 간엽 줄기세포의 세포 생리적 특성 과 치료적 가능에 대한 이해가 부족한 상황이므로, 이들을 이용한 효과적 치료법을 개발하기 위해서는 간엽 줄기세포 의 특성을 파악하는 연구가 더욱 필요할 것으로 사료된다.
감사의 글: 본 연구는 보건복지부 기능성 세포치료제 개

[바다새]

긴 글 잘읽었습니다. 이글을보면 이제 초보 단계인데 임상 실험 한다...상용화 한다는회사는 어떻게 된건지....내가 알기로는 아주대학병원 곽병주교수팀이 미국에서임상 1기 성공 하여 임상 2기 진행 하는 뉴(Neu)2000 이 매우 성공 적이라 하는데 줄기세포는 아니고 그냥 치료약이라는데. 그것도 임상 3상까지 성공 하여 상용화 되려면 3~4년이 걸립니다.

[정태덕]

시작이절반입니다 마음은바쁘더라도 더좋은치료제만들기위해 그러는갑다하는마음으로 우리 지켜봅시다

[김영진]

우리야 정확한 것은 전혀 알 수 없지만 우리 만성 뇌졸중으로 임상을 한다는 업체도 있고, 올 하반기부터 뇌졸중 치료제를 판매한다는 업체도 있습니다. 좀 더 두고 봅시다.

[김근섭]

잠시 제 말좀 들어봐요..김영삼정권때 왼팔이였던 그이가 이름이 생각이 안나는데 내무부장관이 였었는데 그분이 돈이 없겠어요....한때는 날으는 새도 떨어트린분인데 10년이 넘언는데도 여전히 오른쪽을 못 쓰며 언어가 안되는줄 알고 또 T.V에도 작년에도 나와서 보는이마다 혀를 찰 정도로 회복이 안되서...그러나 뇌는 다른 장기하고는 틀리다는 거,너무쉽게 접근하면 1초 안에도 생명이 왔다갔다 하는 것입니다.미안 합니다 아는 척 해서

[바다새]

그사람 최 누구죠. 제가 분당 보바스 병원 있을때 그분 봤는데. 발병이후 중국 가서 침맞고 재활치료 제일 잘한다는 독일 가서 몇년 있었다더군요. 10년이면 한쪽 편마비이면 많이 회복 됩니다.전 두번째라 망쳤지만요. 모두 저 처럼 재발 안되도록 주의 하세요. 요즘 처럼 봄바람~ 소리없는 살인자가 될수 있습니다.

[김영진]

최형우입니다, 그리고 가수 방실이도 있지요,~~~나도 그 사람들 많이 지켜보고 있습니다. 어디 그 사람들이 돈이 없겠습니까? 우리 같은 서민이랑 다르지요. 최형우씨는 독일에도 갔다 왔는 걸요?

[김근섭]

님,자꾸 태클 거는거마냥 들린지 몰라도 왜 하필이면 중국이요..자국(한국)에도 엄청 많거든요...거짓말이 아니라 세집건너 한집은 뇌졸중 환자가 있다는 사실,,,,,죄송