신약탐방기-제10화-제1부-줄기세포와 치료

[산사랑]

신약탐방기는 제 9화의 유전자치료에 이어서 이번 10화에서는 줄기세포로 파킨슨병을 치료에 관련된 내용을 3회에 걸쳐서 소개드리겠습니다. 특별히 많은 환우들께서 이 줄기세포치료 관심이 많으셔서 이전에 대략 줄기세포치료의 허와 실이라는 글에서 소개드린바 있지만 이번에는 좀더 자세하게 줄기세포의 이해와 파킨슨병 치료의 실상을 소개함으로써 줄기세포치료에 대한 올바른 판단을 하실수 있도록 하는데 도움을 줄 수 있는 내용이 되기를 소망하며 이 글을 시작하였습니다.

제1부에는 줄기세포에 대한 정확한 이해와 함께 응용분야를 소개하고 제 2부에는 줄기세포의 파킨슨병치료에 관한 분석과 문제점을 설명드리며 제 3부에는 현재 국외와 국내에서 파킨슨병 치료상황과 관련 연구자들과 회사와 함께 파킨슨치료의 실상을  소개하는 순서로 말씀드리겠습니다.

1.    세포와 줄기세포

줄기세포 역시 세포의 한 종류이기 때문에 세포가 무엇인지를 아는 것이 첫걸음입니다. 세포는 우리몸에서 생명체에 관련된 특징을 나타내는 가장 작은 단위입니다. 세포가 모여서 조직을 만듭니다. 조직은 같은 기능을 하는 세포덩이 같은 것입니다. 피부의 상피조직은 피부의 외면이나 내장의 내표면에 존재합니다. 그리고 이 조직이 모여서 기관을 형성합니다. 위, 심장, 폐 같은 특수한 임무 수행하는 신체의 일부를 말합니다. 그리고 이 기관이 모여서 계통을 이루는데 신경계는 바로 뇌와 척수로 호흡계는 폐와 기도 등으로 이루어집니다. 이런 계통이 모여서 우리 몸을 구성하는데 몸에는 약 60조 이상의 세포가 모여있습니다.

세포는 생명체이기 때문에 탄생 성장 소멸의 과정을 겪게 됩니다. 이 과정에서 중요한 역할을 하는 것이 바로 유전자와 단백질입니다. 세포가 생명체이기 때문에 생명을 유지할려면 에너지를 외부부터 받아서 생산하고 소모하는 과정이 필요하겠지요. 이런 신진대사를 촉진하는 효소가 바로 단백질이며 신진대사는 주로 세포내에 미토콘드리아라는 에너지 생산공장에서 담당을 합니다.  단백질을 생산하기 위해서는 설계도가 필요한데 그 정보가 세포핵 속에 들어있습니다. 세포내에서 단백질 생산을 담당하는 리보소움은  먼저 유전자 정보가 숨어 있는 세포핵의 DNA의 정보가 RNA에로 복사되어야합니다. 이런 유전자 정보는 결국 세포의 생명을 유지하는데 필요한 단백질 생산의 청사진인 역할을 합니다.

유전자 정보는 세포가  분열하고 성장하는 과정에도 필수적입니다.  세포가 둘로 나누어질 때  부모세포의 유전자가 자녀세포에게 꼭 같이 복사되어 전달됩니다. 이를 체세포분열이라고 합니다. 유전자의 반만 가지고 나누어지는 것을 감수분열이라고 하는데 주로 생식세포가 분열할 때 나타납니다. 대표적으로 인간의 정자와 난자의 세포가 분열할 때 46개의 염색체 중에서 23개만 가져와서 분열합니다. 염색체란 핵속에 들어있는 DNA와 단백질로 구성된 물질이며 사람의 세포속에는 46개의 염색체가 들어있습니다. 이렇게 세포는 분열과 성장을 거듭하다가 어느시기에 오면 분열은 멈추고 세포의 내부의 미토콘드리아 단백질 핵이 그 기능이 떨어지게 됩니다. 인간의 노화가 바로 세포의 분열이 정지되고 세포내의 기능저하로 발생하게 됩니다.

텔로미어와 암세포

           일번적으로 세포는 두배로 증가하는 횟수를 60회 정도 거듭하다가 분열이 정지되는데 여기에 결정적인 영향을 미치는 것이 바로 텔로미어라는 유전물질입니다. 텔로미어는 DNA가 복제될때 관여 하는 첨가되는 유전자조합으로 이 유전자조합이 복제되는 유전자에 첨가 되지 않으면 복제가 되지 않아서 세포의 죽음을 가져오는 것입니다. 그런데 세포가 분열될 때마다 델로미어의 유전자 길이가 짧아져서 마치 생체시계와 같은 역할을 한다는 것을 미국 과학자들이 발견했습니다. 세포가 계속 분열할 때마다 텔로미어의 길이가 짧아져서 더 이상 남는 것이 없으면 분열이 되지 않아서 결국 세포의 사망과 함께 생명체의 죽음을 가져온다고 하는 학설입니다. 물론 노화가 완전히 이런 텔로미어로만 설명되지 않지만 노화와 생명체의 소멸에 중요한 단서를 발견하게 된 셈입니다. 세계는 그 공로를 인정하여 텔로미어를 발견한 과학자인 미국의 브랙번박사외 2명에게 에게 2009년에 노벨의학상을 주었습니다.

그런데 세포분열을 할때 텔로미어가 짧아지지 않는 세포가 두 종류가 있는데 바로 암세포와 줄기세포입니다. 암세포에는 텔로머라제라는 효소가 존재하여 이 효소의 도움으로 델로미어가 짧아지지 않게 됩니다. 즉 이 효소의 활동을 억제하면 암세포가 죽음을 맞이하게 되어 암치료에 획기적 기회가 올 것이라고 기대하는 것입니다. 아직 완전하게 검증되지 않은 학설이지만 노화와 암치료에 새로운 이정표를 세운 것은 확실해 보입니다. 그런데 텔로미어가 짧아지지 않거나 짧아지는 속도가 더딘 세포가 바로 줄기세포입니다. 그래서 줄기세포는 암세포와 유사한 점이 많으며 줄기세포의 가장 큰 문제가 바로 암세포가 될 수 있다는 점이 여기서 나오는 것입니다.

줄기세포가 이처럼 일반세포와 다른점은 바로 무한대로 분열되거나 최소한 160회 정도 이상의 분열을 할 수 있는 능력을 보유하고 있다는 것입니다. 이런 점은 암세포도 가지고 있지요. 그래서 줄기세포는 또다른 능력을 가지고 있는데 바로 다른 기관의 세포로 변신 할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이를 분화능력이라고 합니다. 예를 들어서 골수 속에서 채취한 줄기세포가 신경세포로 분화될 수 있는 능력을 가지고 있기 때문에 일반세포나 암세포와 여기서 구분이 됩니다.

2.    줄기세포의 종류

2.1 배아줄기세포

최근 연구에 의하면 줄기세포의 종류를 구분하는 것이 의미가 사라지고 있지만 우선 이미 알고 있는 배아줄기세포에 대하여 살펴보겠습니다. 배아줄기세포는 세포가 특정한 부위로 변신하기전에 채취하여 실험실에서 배양한 세포로써 인체의 태반이나 탯줄과 같은 조직을 제외하고 거의 모든 기관으로 분화될 수 있는 능력을 가지고 있기에 만능줄기세포라고 합니다. 그리고 자기 자신을 복제 할 수 있는 있는 능력을 가지고 있는 엄청난 능력을 가지고 있습니다. 거기에 비하여 수정란은 인체의 모든 부분의 세포로 분화되기 때문에 전능성을 가진 자가증식능력을 가져서 분화능력은 줄기세포보다 더 큰셈입니다. 그러나 줄기세포처럼 복제능력이 없습니다. 만약복제 능력이 있다면 똑 같은 유전자를 가진 아이가 수백명씩 탄생할 수 있을 것입니다. 일란성 쌍둥이는 예외적으로 수정란이 성장하면서 둘로 쪼개져서 자가 증식한 특수한 경우이지요.

배아줄기세포는 수정란이 5일 정도 지나면 속은 빈 상태가 되고 덩어리가 바깥쪽으로 몰리는 현상이 생기게 됩니다. 이 수정란을 배반포라고 합니다. 배반포 시기가 지나면 신체의 조직을 형성하는 작업이 시작되기 되기 때문에   이렇게 분화되기전에 배반포안에 몰려 있는 내부의 덩어리를 추출하여 배양접시에 담아서 몇 달 동안 배양시키면 태줄 같은 영양세포를 제외한 어떤 신체조직으로도 변할 수 있는 줄기세포주가 됩니다. 

사람의 폐기된 수정란을 가지고 줄기세포를 최초로 만든 사람은 1998년 미국 윈스콘신대학의 제임스 톰슨입니다.  줄기세포의 역사에 큰 족적을 남겼지만 인간의 생명이 될 수 있는 난자와 정자가 결합된 수정란으로 만들었다고해서 엄청난 비난을 받았습니다. 동물실험에서는  이미 1980년대 초에 쥐를 대상으로 배아줄기세포를 만들어 성공하였습니다. 그러나 쥐의 줄기세포를 분화시켜 치료에 적용시키는데는 많은 세월이 소요되었습니다. 무려 11년 후인 1999년에 줄기세포로 이용하여 쥐의 혈액세포를 만드는데 성공합니다. 또한 이런 수정란을 이용한 줄기세포의 단점은 유전자가 다른 동물에 주입했을 때 면역거부반응을 일으키게 됩니다. 이를 극복하기 위해서 도입된 것이 바로 체세포복제 줄기세포입니다.  체세포복제란 난자와 정자가 결합하여 수정란을 만드는 것이 아니라 치료를 필요로 하는 환자의 세포핵을 분리하여 난자의 핵과 교환함으로써 체세포 줄기세포를 만드는 것입니다. 그래서 핵치환 배아줄기세포라고도 합니다. 동물의 경우에는 체세포 복제 수정란을 다시 동물의 자궁에 착상시키면 임신이 되어서 새끼를 낳게 되는데 이른바 1997년 복제양 돌리가 탄생하고 2001년에는 미국에서 복제소가 탄생하게 됩니다. 그리고 한동안 세상을 떠들썩하게 했던 체세포 복제 수정란으로 만들어진 인간 핵치환 줄기세포가 등장합니다.

핵치환 배아 줄기세포

 2004년 황우석 박사 연구진은 환자의 유전자가 들어있는 이른바 핵치환 줄기세포 배양을 세계최초로 성공했다고 사이언스 논문에 개재하였습니다. 면역거부 반응에 자유롭고 무한정 분화가 가능한 줄기세포가 탄생하였다고 알림으로써 세상은 놀랐고 줄기세포를 이용한 치료에 장미빛 희망으로 가득하였습니다.  그러나 논문조작과 허위사실이 드러나면서 한국의 줄기세포 연구의 신용도에 치명상을 안겨주는 불행한 일이 발생하게 되고 이 일로 인하여 황박사 옹호자와 거부자들 사이에 갈등으로 국론이 분열되는 불행한 일로 한동안 혼란스러웠고 신용을 잃은 국내 줄기세포 연구자들의 세계무대 진출이 당분간 막히는 어려움이 있었습니다.

이처럼 핵치환 배아줄기세포가 뜨거운 감자로 부각한 것은 역시 배아줄기 세포가 가지는 만능적 분화능력과 복제 자가증식능력과 함께 환자맞춤형인 까닭에 면역거부 반응이 없어 거의 모든 질병을 치료할 수 있다는 잠재력 때문일 것입니다.

황우석교수팀의 기술이 과연 어디까지가 확보되었는냐가 그 동안의 많은 관심이 있었습니다. 그러나 우리 환자입장에서 중요한 것은 배아줄기세포가 현실적인 치료에 임하기 위해서는 줄기세포주를 만드는 것 이상 더 많은 난관이 기다리고 있다는 사실입니다. 줄기세포를 배양하고 분화하는 과정에 관여하는 유전자가 쥐와 사람간에 다르다는 사실을 인식하여 동물실험 성공이 꼭 사람에게도 꼭 같은 성공을 보장하지 않는 점을 알아야합니다. 그리고 앞으로 밝혀지지 않은 분화에 관한 유전자 역할에 대한 연구가 더 진행되어야 합니다. 그리고 분화를 거듭하는 동안 어떻게 안정된 상태를 유지하며   서로다른 조건에서 연구할 결과를 어떻게 표준화 할 것이지 그리고 어떻게 원하는 세포로 분화할 것이며 분화한 세포가 암세포로 전이 되지 않을 것인가 등등..  해결해야 하는 난제들이 산더미처럼 쌓여 있는데 줄기세포 배양이 곧 병을 치료 할 것 같은 환상을 심어준 메스컴의 보도에 현혹되지 말아야 했던 것입니다.

배아줄기세포연구는 그 동안 인간의 생명이 될 수 있는 수정난을 사용한 톰슨교수의 결과에 대하여 윤리적인 문제에 부딪히게 됩니다. 체세포 복제 수정난 역시 정자가 없는 수정란이라서 어느 정도 완화된 것이지만 역시 인간을 복제 할 수 있다는 윤리적 문제를 야기시켜왔기 때문에 역시 연구의 제약이 있었습니다. 이는 생명의 시작을 어디서부터 보느냐에 따라서 서로 다른 시각을 가지고 출발하기 때문에 결코 생명과학자나 의학계 종사자들로만 해결될 수 없는 복잡한 과정이 포함되어 있습니다. 줄기세포 연구는 인간의 생명 존중과 불치병 환자의 치료라는 대립된 관점을 중심으로 정부, 기업, 학계, 의료계, 그리고 종교계의 입장이 복합적으로 작용하고 있는 관계로 연구를 진행하기 위해서는 법적 제도적인 장치가 우선적으로 마련되어야 합니다. 이런 제도적장치의 미비와 함께 입시과 성공위주의 교육현실에서 자란 환경가운데 헬싱키선언이 무엇인지도 모르는 과학자들의 윤리의식이 빚어낸 총체적인 결과이기에 황우석박사팀에게 일방적인 책임으로 몰아부치는 것은 적절하지 않다고 봅니다. 돌을 던지기 전에 우리 자신을 돌아보는 자세가 필요하다고 봅니다.  

2.2 성체줄기세포(체세포줄기세포)

이런 복잡한 윤리적 문제에서 다소 자유로운 줄기세포가 바로 성체줄기세포입니다. 성체줄기세포는 이미 일부의 분화를 거친 세포가 완전분화가 되지 않은채 자신이 속한 분화 계보에 존재하면서 아직 다분화능력과 자가증식기능을 가진 세포입니다.  다분화능력이란 배아줄기세포의 만능성보다는 분화능력이 떨어지지만 자신이 속한 영역안에서 어느 정도 분화가 가능한 능력을 가졌다는 의미입니다. 분화능력은 떨어지지만 이미 분화가 시작되어서 치료에 적용할 때 면역거부현상을 극복할 수 있다는 장점이 있습니다. 그러나 줄기세포의 숫자가 부족하고 자가증식능력이 떨어지기 때문에 치료효과가 배아줄기 세포만큼은 효과적이 못한 단점을 가지게 됩니다. 그렇지만 배아줄기세포가 윤리적인 문제로 발목이 잡힌 현실속에서 성체줄기연구가 더욱 탄력을 가지고 연구와 개발이 활발하게 이루어져서 현재 대부분 치료시장은 이 성체줄기세포를 이용한 치료법이 주류를 이루고 있습니다. 그 중에서도 골수에 채취가능한 조혈모줄기세포와 탯줄에서 채취한 제대혈 줄기세포가 임상에 활발하게 사용되고 있습니다. 조혈모줄기세포인 경우에는 많은 양의 줄기세포가 존재하고 이동이 용이하고 혈액을 재생하는데 결정적인 역할을 하고 있기 때문에 혈관계통의 질병치료에 탁월한 효과를 보이고 있습니다. 그리고 다른 계통의 세포로도 분화할 수 있는 능력이 있음이 밝혀지고 있기 때문에 성체줄기세포의 적용범위가 예상보다 그 폭이 큰 것으로 알려지고 있어서 성체줄기세포 옹호론자들은 성체줄기세포가 가장 현실적인 줄기세포치료법이라고 믿고 있습니다.

2.3 유도만능줄기세포

이런한 관점을 확장시키는 연구가 그동안에 줄기세포연구자들이 사이에 진행되어 왔습니다. 2007년 일본 교토대학 야마나카교수팀에 의하여 분화된 줄기세포를 역분화시켜서 배아줄기세포와 거의 같은 기능을 가진 유도 만능줄기세포를 만드는데 성공함으로써 성체줄기세포와 배아줄기세포간의 구별의 경계가 희미하게 되어버렸습니다. 쥐의 피부세포에서 4개의 분화 유전자를 조작하여 역분화세포를 만든후에 다시 분화시킨결과 배아줄기세포가 가진 만능적분화능력과 자가재생능력을 확인함으로써 세계를 놀라게하였습니다.

물론 여기서 이런 가능성은 이미 1990년 말부터 제기 되어왔습니다 줄기세포가 한 곳에 머물지 않고 신체 주위를 고속도로의 길을 따라서 돈다는 주장이 제기되었지요. 예를 들어 골수 유도 줄기세포가 다른 기관이 심장, 뇌, 간으로 유입되고 있음을 확인하였다는 것입니다. 다른 기관으로 유입되게하는 결정적인 역할은 마치 몸을 공격하는 박테리아가 침범하면 백혈구가 달려가서 공격하듯이 줄기세포역시 특정한 부위의 세포손상이란 신호를 받으면 때로는 기관의 벽을 넘어서 이동한다는 학설이 등장하게 되었지요. 그래서 줄기세포는 자신 신분은 자신 현재위치하고 있는 곳에 따라서 성장과 분화의 정도가 달라진다는 사실을 실험으로 증명하게 되었지요. 그래서 이런 사실을 종합하여 2001년 미국 스탠포드대학 의과대학 브라우 교수가 줄기세포는 그 소속이 결정된 개체가 아니라 환경에 따라 얼마든지 자신의 모습을 바꾸는 기능중심 물질이라고 새로운 정의를 하게 되었고 이런 배경을 근거로 일본 교토대학에서 유도만능역분화 줄기세포를 만들어 내어서 그 이론이 사실임을 확장 증명한 결과를 보여주게되었습니다.  유도역분화 줄기세포를 만들어낸 야마나카교수는 2010년 노벨상 의학상 후보로 올라간 인물이 되었고 차후에 노벨상을 받을 가능성이 높은 위치에 올라가게 되었습니다.

개인적으로 황우석박사팀에게 아쉬운점은 윤리적 기술적 장벽이 높았던 핵치환 배아줄기세포주를 배양한다고 애쓰기 보다는 오히려 수의과대학에서 잘 할 수 있는 동물실험에 좀 더 집중하여 배아줄기세포의 배양과 분화쪽에 좀더 집중하였더라면 오히려 질병치료에 좀 더 가까이 다가가는 실용적이고 현실적인 결과를 가져올 수 있지 않았나 싶군요. 왜냐하면 핵치환 수정란으로 복제 개를 만들었다는 사실은 이미 체세포로 분화된 유전자가 다시 난자에 들어가서 착상하여 어린 짐승을 낳은다는 현상은 바로 세포가 역분화한다는 사실을 증명하기 때문입니다.  황박사팀이 이 기술에서는 아주 앞선 기술을 가지고 있기 때문에 동물 줄기세포와 분화쪽의 연구에 집중하였더라면  일본에 버금가는 기술과 함께 노벨 의학상에 도전 할 수 있는 길도 있었기 때문입니다.

황박사팀의 연구가 국제적으로 사기로 알려진뒤에 이분야에 대한 연구는 주로 미국에서루어지고 있습니다.원숭이 핵치환 배아줄기세포는 2007년에 미국 오렌곤 대학에서 배양되었지만 304개 난자 중에 2개만 성공하여 0.7%의 성공률을 기록하였고 2008년  미국 캘리포니아 스테마겐 줄기세포  연구소에서 섬유아세포를 이용한 핵치환 인간 배반포를 만드는데 성공하여지만 역시 성공률이 저조하며 그 이후 줄기세포 배양에 착수했다고 했지만 아직 만들지 못하고 있습니다. 아직도 핵치환 인간배아 줄기세포는 아직 만들어내지 못하고 있는 실정을 두고 어떤 전문가는 인간의 핵치환 줄기세포는 불가능한 도전이 이라고 주장하고 있습니다. 그러나 황박사의 파트너인 피츠버그대학의 새튼 교수는 영장류의 핵치환배아줄기세포 배양은 불가능하다고 했는데 이미 영장류인 원숭이에는 성공을 하였기 때문에 인간의 핵치환배아줄기세포 배양 가능성이 있다는 것은 부인하기 어렵습니다. 그런데 배양이 된다고 하더라도 수정란 배아 줄기 세포와 달리 환자 맞춤형이기 때문에 성공률이 높지 않으면 실용성이 없는 박제된 기술로 전락할 수도 있습니다.

한방을 터드려야한다는 과도한 실적주의와 무리한 목표설정등으로 국민에게 애국이냐 진실이냐라는 입장으로 나누어져 한동안 혼란스럽게 된 지난 역사를 돌이켜 연구자와 학문하는 사람이 올바른 방향을 잡고 연구하는 것이 얼마나 소중한지를 유도만능줄기세포를 배양한 일본 야마나키팀을 보면서 생각하는 시간을 가지게 됩니다.

이처럼 유도만능줄기세포가 등장함으로써 그 동안 배아줄기세포가 가진 윤리적문제와 성체줄기세포가 가지고 있는 줄기세포수량확보 및 자가재생능력의 한계를 극복하는 새로운 장을 열게됩니다. 앞으로 이 만능유도줄기세포의 치료연구에 기여는 가히 폭발적인 변화를 가져 올 것으로 기대됩니다. 특별히 2010년 미국 스탠포드대학 의과대학 줄기세포연구소의 워니그교수팀은 줄기세포로 역분화하지 않고 피부세포에서 19가지 유전자를 바이러스에 실어 주입하여 그 중 3가지 유전자를 이용하여 신경세포로 분화하는데 성공함으로써 이제 역분화가 아니 직접분화를 통하여 다른 조직이나 기관으로 분화할 수 있는 교차분화에 성공함으로써 줄기세포의 이용가능성이 무궁무진함을 보여주고 있습니다. 이는 이미 세포의 성질에서 살펴보았듯이 우리의 몸의 어떤 세포든지 꼭 같은 유전자를 모두 보유하고 있고 다만 일부가 특정한 환경에 의해서 사용되고 있음이 증명되면서 이제 분화란는 측면에서는 줄기세포와 일반세포간의 구분도 의미가 없는 상황에 이르게 되었습니다. 

그러나 이 역분화 유도만능줄기세포가 임상에 적용되기 위해서는 앞으로 해결해야할 문제가 아직도 많이 있습니다. 우선 과연 유도만능줄기세포가 배아줄기세포와 같은 조직과 효율적인 자가증식능력과 분화력을 가지고 있는지 좀 더 많은 연구가 필요합니다.  유전자를 바이러스나 단백질로 임의로 조작하기 때문에 분화된 세포가 암세포로 전이될 가능성도 높은점과 같은 안정성 문제등이 해결되어야할 숙제로 남아있기 때문에 아직은 상용화하기에는 많은 시간이 필요합니다. 그러나 최근에 차병원 연구팀이 근육세포를 역분화시켜 만능줄기세포를 만든 뒤에 다시 같은 근육세포로 분화하여 비교한 결과 차이가 없음이 입증되어 세계적인 연구 학술지에 등재되어 앞으로 치료에 큰 희망을 안겨주고 있습니다.

만능유도줄기세포의 가장 큰 장점중에 하나는 질병에 걸린 환자의 세포를 역분화시킨 세포를 실험실에서 이용하여 분화시키면 실험실에서 환자와 같은 세포를 확보할 수 있기에 새로운 신약을 개발할 수 있다는 점입니다. 그 동안 사람에게 직접 할 수 없었던 실험으로 인하여 수 많은 동물이 실험실에 죽어야했고 동물의 구입 보관 관련약품등으로 엄청난 실험 예산을 줄일 수 있는 가능성을 유도 만능줄기세포가 안겨주고 있는 점은 의학연구에 새로운 장을 열게 해주는 획기적인 성과입니다. 특별히 파킨슨병의 주원인인 신경세포인 흑질세포를 직접실험할 수 없어서 쥐나 원숭이를 대상으로 실험을 하였지만 동물실험에서 좋은 결과를 보였던 약이 인체실험에서 실패한 사례가 많았던 과거의 결과를 고려할 때 유도만능줄기세포의 역할은 신약개발에 결정적인 역할을 할 것으로 기대합니다.

3.    줄기세포 연구의 해결과제

현재 치료시장에서는 성체줄기세포, 배아줄기세포, 그리고 유도만능줄기세포의 순서로 분포되고 있지만 차후에는 그 순서가 바뀌어질 가능성이 높습니다.

줄기세포가 시장에서 완전히 정착되기 위해서는 다음 세가지 문제가 해결되어야 합니다. 첫번째는 줄기세포가 증식되고 분화되는데 관여하는 유전적인자와 후성적 조절인자에 관한 연구가 진행되어야 합니다. 후성적 조절인자란 유전자의 배열순서와 상관없이 유전자복제에 관여하는 단백질로 줄기세포를 분화또는 증식상태를 유지하도록 조정하는 전사인자입니다. 이런 물질에 관한 연구는 결국 줄기세포가 어떻게 장기간 분화하지 않고 증식만 하는 원인과 분화될 때에 어떤 인자가 어떻게 관하여하는지를 밝혀내어 임상적용시에 일어날 수 있는 여러문제들을 미리 사전에 예방하고 가장 효율적으로 증식과 분화를 할 수 있도록 하기 위한 연구입니다. 이런 연구에 집중한 결과의 부산물로 후성적 조절인자 4개를 조절하여 유도만능줄기세포를 만들어 내게 되었다고 볼 수 있습니다.

두번째는  줄기세포가 자가증식또는 분화하고 성장하는데 관여하는 외적인 환경이 무엇인가입니다. 위의 그림에서 1번 줄기세포는 2개의 줄기세포로 대칭분열인 자가증식현상이며 2번은 한 개의 줄기세포가 2개의 분화된 세포가 되는 분화과정을  3번은 한 개의 줄기세포와 한 개의 분화된 세포로 비대칭분열하는 과정을 보여주고 있습니다. 4번은 분화된  세포가 비슷한 환경이 조성되면 다시 줄기세포가 되는 역분화과정입니다. 이처럼 줄기세포를 둘러싸고 있는 외적인 환경에는 줄기세포와 이웃하는 이웃세포가 있고 이웃세포와 경계를 만드는 세포간질, 분비인자와 산소압력이나 전단력 같은 물리적인 인자가 있습니다. 이런 외적인 요소를 잘 분석하고 잘 밝혀내어야만 줄기세포치료의 효과를 극대화 할 수 있는 것입니다.

마지막으로 이런 기초적인 작업이 완료되면 이제 임상에 적용할 때 고려해야 하는 문제가 남아있습니다. 이런 두가지 기초작업은 질병치료뿐 아니라 줄기세포를 이용하여 인간의 조직과 기관이 외부에서 침입한 병원체가 침투하였을 때 어떤반응을 보이는지를 추적하여 병의 원인을 알아내고 인간의 노화의 근본원인을 찾아내는데도 결정적인 역할을 합니다.

4.    줄기세포 임상적용시 고려점

4.1 효율성

임상에 적용할 때 고려할 3가지 점을 효과, 안정성, 그리고 비용면에 적합해야 할 것입니다. 줄기세포가 효과가 보장되고 치료효율을 높이기 위해서는 앞서서 소개한 줄기세포 자체의 특성에 대한 연구가 선행되어야 할 것입니다. 이런 기초적인 연구가 없이 바로 임상에 적용하는 것은 안정성문제와 여러가지 부작용을 유발할 수 있는 요인을 동반합니다. 일반적으로 성체줄기세포는 치료효과 측면에서 자가증식능력이 배아줄기 세포보다 떨어지기 때문에 효과가 낮을 가능성이 높습니다. 그러므로 질병의 종류와 그 정도에 따라서 어떤 종류의 줄기세포를 사용 할 것인가를 선택하는 것 역시 중요한 문제 중에 하나입니다. 줄기세포 은행에 여러종류의 줄기세포를 보관하여서 필요할 때 공급할 수 있도록 하는 방식 역시 줄기세포치료 효과를 가져오는데 중요한 기능을 담당합니다. 예를들어 배아줄기세포로 백혈병을 치료하는데 150명의 기증자로부터 항원의 일치정도 6500명의 환자중 85%가 일치함으로써 세포은행의 필요성을 증명하고 있습니다.  이것은 타인의 배아줄기세포로도 대부분의 환자를 치료할 수 있다는 효율적인 방법임을 증거하고 있습니다. 일반적으로 타인의 골수에 있는 면역성 항원과 일치할 확률이 60만분의 1이며 탯줄에서 나온 줄기세포는 10만분의 1입니다. 그런데 배아줄기세포 1개가 전국민의 25%를 치료할 수 있으니 분화되지 않는 줄기세포가 면역거부 현상을 극복하는데 탁월한 효과가 있음을 증명하고 있습니다.

4.2 안정성 확보가 임상적용의 핵심

암세포

그러나 어떤 줄기세포치료이던지 근본적인 문제는 안정성입니다. 안정성을 위협하는 첫번째 요소는 암세포가 될 수 있는 세포에 대한 문제입니다. 어떤 치료법이던지 100% 순수하게 환자의 세포가 같이 분화될 수 없기에 분화되지 않은 세포나 다르게 분화된 세포는 암세포가 될 가능성이 높은 문제를 해결하기 위한 연구가 가장 시급하고 활발하게 진행되고 있습니다. 대표적인 방법이 레이저를 이용하여 미분화된 세포를 찾아내어서 실험실에서 미리 제거하는 형광활성세포분류법이 있고 유전자를 이용하여 이런 세포를 소멸시켜는 방법등이 있습니다. 특별히 배아줄기세포나 유도만능줄기세포는 자가증식력이 뛰어나기 때문에 암발생 위험이 높아 이 부분에 대한 더 좋은 방법들이 계속 나와야 할 것입니다. 유도만능줄기세포는 유전자 4개를 바이러스에 실어서 피부세포에 주입시키기 때문에 유전가 치환되어 변종된 세포를 만들 가능성이 있고 4개 중 2개는 암을 유발시키는 유전자로 알려져 있습니다. 그래서 연구자들은 유전자를 바이러스에 실어보내지 않고 재결합 단백질로 배양하는 방법이나 유전자 수를 줄이는 방법으로 유도만능 줄기세포를 만드는데 성공하였습니다. 현재 울산과학기술대학에 나노생명공학부에 재직하는 김정범 교수가 2009년에 독일 막크플랑크 연구소에 있으면서 유전자 하나만 사용하여 유도만능줄기세포를 만드는데 성공하여 이 분야에 두각을 나타냈습니다.

면역거부반응

안정성에서 있어서 두번째 문제인 면역거부현상은 주로 수정란 배아줄기세포에만 발생하기 때문에 핵치환 배아줄기세포나 유도만능줄기세포 혹은 성체줄기세포로 대치하면 문제가 어느 정도 해결 될 수 있습니다. 수정란 배아줄기세포의 경우에도 유전자가 비슷한 줄기세포를 100 종류 정도 확보하면 우리나라의 90%의 환자에게 적용할 수 있기 때문에 줄기세포주만 종류별로 확보되면 면역반응문제가 많이 해소 됩니다. 이는 원래 미분화 상태에 있는 줄기세포가 이식확률이 더 높기 때문입니다. 이는 백혈병의 골수 이식에서도 제대혈(탯줄)줄기세포가 면역거부반응이 적은 것은 미분화상태로 있기 때문입니다.

표준화

세번째는 또한 줄기세포를 준비하고 처리하는 과정이 통제되고 표준화된 과정으로 일관성과 신뢰성을 항상유지해야 할 것입니다. 줄기세포를 보관하고 처리하는 환경이 달라짐에 따라서 오는 변수로 인하여 예상치 않는 부작용이 발생할 수 있기 때문입니다. 처리과정에서 이물질이 포함하여 줄기세포가 감염되면 임상치료에 치명적이 결과를 가져 올 수도 있기에 시술하는 전과정이 철저하게 훈련되고 숙련된 전문가에 의해서 시행되어야 합니다. 그래서 이런 표준화된 과정을 설정하고 그 것을 국제적인 표준으로 만들어서 각국에 보급하는 것이 중요한 과정이 되고 있습니다. 그런면에서 연세대 의대 김동욱 교수가 배아줄기세포나 유도만능줄기세포로부터 신경세포로 분화하는 과정을 국제표준으로 인정받음으로써 안정성이 검증된 국제표준을 우리나라에서 확보했다는 것이 매우 의미 있는 것이며 그 과정에서 줄기세포의 유전적, 후생인자와 외부환경에 대한 연구가 많이 진행되었다는 사실은 우리나라의 줄기세포연구가 세계적수준에 올라가고 있음을 증명해 주고 있습니다.

4.3 경제성

마지막으로 줄기세포의 배양과 이식과정에서 환자가 부담할 수 있는 경제성이 있어야 합니다. 유도만능줄기세포가 면역거부현상의 배아줄기세포의 단점과 자가증식과 분화력이 떨어지는 성체줄기세포의 단점을 보완했다고하지만 아직 역분화효율이 낮아서 상용화하기에는 너무 비용이 많이 드는 결점을 가지고 있습니다. 또한 다른 줄기세포치료 역시 아직 대량생산이 아닌 환자 맞춤형인 경우에는 줄기세포 보관료를 포함하여 고비용이 요구되고 있기에 효율을 높여서 비용을 낮추는 연구도 계속진행되어야 합니다.

5.    줄기세포 임상적용분야

5.1 적용원칙- 쉬운 분야부터

줄기세포가 환자를 치료하는데 성공적인 분야는 당연히 유전자의 종류가 많이 관하여하지 않는 피부나 혈관조직에 관련된 조직이 입니다. 그래서 단일 세포나 조직의 손실로 발생하는 질병쪽에 우선적으로 적용되어 왔습니다. 대표적인 질병치료가 바로  혈액이나 골수에서 채취한 줄기세포 이용한 당뇨병치료입니다. 제 1형 당뇨병은 췌장에서 인슐린을 생산하는 세포가 손상되면서 생기는 질병이지란 줄기세포를 이용하여 인슐린 생산세포만 회생시켜주면 치료가 가능하게 되기 때문에 줄기세포 치료의 우선적 적용분야가 되어왔습니다.

이러한 이유로 혈액과 관련된 질병인 백혈병에 혈액과 골수에서 추출한 조혈줄기세포를 적용해 왔고 이식확률을 높이기 위해서 제대혈 줄기세포를 사용하여왔습니다. 같은 이유로 화상을 입은 근육을 회복시키기 위해서 건강한 세포에서 추출한 줄기세포를 이용하여 피부이식은 성공적으로 시행되어 왔습니다. 또한 손상된 각막역시 각막상피에 존재하는 줄기세포를 이용한 치료가 안정적인 효과가 있어서 이미 시술이 되고 있습니다. 시각에 관련된 세포는 상대적으로 면역거부현상이 적어서 타인의 줄기세포를 이용할 수 있는 장점이 있어서 앞으로 재생의학의 대표적 상품이 될 것으로 기대됩니다.

5.2 조직공학  

성체줄기세포는 단일세포나 세포의 종류가 다양하지 않는 조직의 이상인 화상으로 인한 피부세포, 백혈병 같은 혈액세포, 눈의 망막세포나 췌장의 인슐린 세포등에 먼저 적용이 되어서 시작되어  줄기세포치료가 세포를 확실하게 재생산하여 치료할 수 있다는 가능성을 보여왔습니다.  그 중에서도 피부세포이식은 자신의 세포를 사용하는 자가이식법이라서 면역거부면역거부부터 자유로워서 가장 성공률이 높은 분야였습니다. 그리하여 조직공학분야에 날개를 달아주어 피부이식에 눈부신발전을 가져왔고 인공장기 분야까지 확대하여 엄청난 시장이 형성이 될 것으로 예상됩니다. 이렇게 한정된 분야에만 적용된 것은 그 동안 성체줄기세포가 상대적으로 안정성이 뛰어나고 줄기세포와 적용될 대상세포사이에 유전적인 유사점을 고려야했기 때문입니다. 이는 성체줄기세포가 일부 제한적 분화능력(다분화능력)만을 가진 한계로 인함이었습니다.

그러나 어떤 장기가 서로다른 종류세포나  유전적 배경을 가진 경우에는 유전적 환경적인 인자에 대한 연구와 소요되고 배양과 이식도 더 어려워집니다. 예를 들어서 요로상피세포와 평활근세포는 콜리겐 세포간물질 중에 서로 반대방향에 위치한 상태로 배양하여서 손상된 방광을 치료하는 것입니다. 방광치료는 단일종류의 세포로 구성된 조직보다 더 어려운 분화와 배양 그리고 이식과정이 요구됩니다.  그러나 거기에 비하여 신장은 훨씬 복잡한 구조를 가지고 있는 장기입니다. 신장의 기본 조직인 네프론은 태아발육시절 32주에 완전형성된 뒤에 이후에는 전혀 재생되지 않습니다. 네포론은 두개의 서로다른 세포기원을 가지고 있기 때문에 배양접시에 배양하는 것은  복잡하고 힘든 과정을 거쳐야만 해결될 수 있습니다. 그 것은 신장 단독으로 배양되는 줄기세포가 아직 발견되지 않고 있기에 상위 계통의 줄기세포를 이용하거나 재프로그램을 가동하여 역분화 시킨 줄기세포를 이용했을 때 순수하게 네프론을 얻기가 쉽지 않기 때문입니다. 그러나 그 동안 각종장기에 대한 유전적인자와 환경인자들이 그 동안 많이 밝혀져서 많은 질병들이 동물실험과 임상단계에 있습니다.

이렇게 손상된 세포를 대체하는 현재의 기술로 앞으로는 배아줄기세포의 만능적 분화능력과 무한대의 자기증식능력을 이용하여 이론적으로는 인체의 어떤 장기도 만들어 낼 수 있다는 전제 아래서 인공장기를 만들어 내는 분야에 도전 할 것입니다.  대표적인 장기가 바로 심장, 간, 신장 등등 입니다.

5.3 임상 적용실태

줄기세포는 현재 연구나 임상이 진행중인 분야는 신경계로 척수손상, 파킨슨병, 다발성 경화증과 심혈관계 질환으로 심장병, 동맥경화, 심근경색에 근골격계 분야는 근육위측중에 연구중에 있습니다. 그리고 소화기계통에는 간경화 간염등에 도전하고 있습니다. 향후에는 퇴행성 관절염과 치매 그리고 결핵성 피부염등이 도전해야할 질병입이다.

아래 그림은 현재 초기실험실 단계, 동물실험단계, 그리고 임상단계에 있는 질병과 관련 성체줄기세포에 대한 설명을 구체적으로 표시하고 있습니다.

                                                            (자료제공: 카돌릭의대 세포유전자치료 연구소 오일환박사)

역시 혈액에 관한 단세포 종류의 질병이 먼저 앞선분야로 나서고 있고 암치료 역시 줄기세포치료의 선두진열에 위치하고 있습니다. 암인 경우에는 암줄기세포에대한 연구가 활성화되면서 암줄기세포만을 죽이는 줄기세포를 개발하여 현재 방사선치료로 인하여 고통받는 환자들에게 획기적인 방법임을 보여 줄 수 있는 시간이 닥아오고 있습니다.

5.4 신경질환계 적용

신경계질환을 질환을 치료하기 위해서 20년 이상 중추신경세포를 만든데 연구했지만 아직도 모든신경세포를 확보하지 못한채 일부 신경세포만 배양에 성공하였습니다.  신경계질환 중에서 파킨슨병이나 루게릭병과 같은 경우에는 도파민세포나 운동세포만 요구되는 병인데 비하여 뇌졸증이나 치매의 경우에는 많은 종류의 신경세포가 요구되고 있기에 상대적으로 어려움을 겪게됩니다. 신경계의 질병의 어려움은 뇌에서 일어나는 질병으로 인하여 내부 조직의 구체적인 변화를 분석하거나 관찰하기 어려운 단점을 가지고 있습니다. 그러나  유도만능 줄기세포를  사용하여 분화되는 과정을 살피면 실제로 병에 걸린 뇌를 실험실에서 재현 할 수 있기 때문에 특별히 환자 개개인의 뇌세포의 변화과정을 관찰하여 병의 원인이나 현재의 상태를 분자의 영역까지 내려가서 문제를 찾아 낼수 있는 가능성이 있게됩니다. 그러므로 줄기세포는 세포의 이식뿐 아니라 병의 원인을 찾아내는 의학적, 약물학적 환경을 제공하는 수단이 되고 있습니다.

파킨슨병이 단일세포인 도파민신경세포만 생산하면 되고 병발생 영역이 한정되어 있어서 다른 질병보다 우선적으로 시작하였지만 임상적용이 늦어져서 상대적으로 느린 속도를 내고 있습니다.  

제 신약탐방기 10화 2부에서는 줄기세포의 파킨슨병치료와 파킨슨병의 임상적용이 늦어진 이유와 임상적용에 문제점을 자세하게 소개하겠습니다.

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[1012302]

산사랑님 오레동안 뵐수가 없어 건강이 좋지안는건 아닌가 하고걱정을 했는데 이렇게 엄청난 공사를 하셨네요
초파인 저도 잠시만 컴 앞에 앉자 있스면 지루하고 피곤한데 수고많이 하셨습니다 아무튼 줄기세포 연구로 파병이
하루속히 완치되는 날이 오기를 빕니다 줄기세포 연구진에 산랑님도 참여할수 있다면 하는생각 해 봅니다 감사합니다

[산사랑]

1012302님 안녕하세요. 줄기세포에 매달리다 보니 자주 들리지 못했습니다. 줄기세포치료의 기본원리는 간단한 것 같은데 막상들어와보니 늪에 빠진 기분입니다. 수렁이 깊은 늪입니다. 아무튼 늪에서 나와서 이제 정리하여 희망과 과대광고가 함께 섞여있는 줄기세포의 정체를 밝혀 진실이 우리 환우분들께 전달되기를 바랍니다. 귀한 말씀 감사합니다. 즐거운 설 명절되시기 바랍니다.

[님바라기]

걱정을 했는데 이렇게 자료 만드시느라 바쁘셨군요. 감사드립니다.
제가 약손실이 너무 크고 불수의가 심해 2월 24일 수원 빈센트병원에서 시술을 받기로 정해습니다.
어떡게 해야 할지 여쭙고 싶은데 더 미룰수가 없을 상태입니다. 며칠에 한번은 이상운동증으로 숨이 막히고
자제가 안되서 응급실로 가고 싶을 정도지만 응급실에가도 별 뽀쪽한 수가 없는듯 싶어 그냥 감내하고 있는데
스타레보를 7알(200ng 4알, 100mg)에서 200mg 1알과 1/2(반알), 100mg 1알.로 줄여는데도 늦은 오후에는 애를 먹고
약손실이 생기면 급격히 불수의가 와서 감당을 못할 정도 입니다.

[산사랑]

님바라기님, 설명절로 모든 사람들이 찾아가고 찾아오는 이런 만남의 기쁨이 넘쳐야 할 시간에 안타까운 소식이 들려와서 마음이 무겁군요. 퍄병이 진행되면 약효소멸과 이상운동을 일으키는 간격이 좁아집니다. 그래서 참으로 그 적정을 유지하기가 쉽지 않습니다. 아만탄딘을 쓰기도 하고 약물휴가법도 쓰기도 하는데 그런 것도 들을 수 있고 안들을 수 있기 때문에 수술 만큼 그래도 확실하게 해결해주는 방법도 현재는 없는 것 같습니다. 수술을 결정하셨다니 이제 편안한 마음으로 몸조리 잘하셔서 건강한 상태에서 수술이 이루어지기를 바랍니다. 다행히도 쉼터에 수술을 먼저하신 선배님들이 계셔서 많은 조언을 받으실 것입니다.

[님바라기]

현재의 상태를 올리려는데 마음도 답답하고 걱정도 되고해서 마음정리가 안되어 글이 잘 써지질않네요.
빠른시간내에 글을 올리겠습니다.
글도 다시 찬찬히 읽겠습니다. 산사랑님의 글을 오랜만에 대하니 반가운 마음에 글부터 올려습니다.

[산사랑]

요즈음은 병원마다 수술실력이 늘어서 대부분은 경과가 다 좋은 것 같습니다. 부디 수술이 잘 될 것이라는 희망과 용기로 미리 잘된 결과를 상상하시며 기도로 준비하시기 바랍니다. 저 역시 그날을 기억했다가 기도하겠습니다.

[관악산방]

내용에 관계없이 오랫만에 산사랑님 글을 만나 우선 매우 반가왔습니다. 그런데 글을 읽다보니 반가운 마음은 어느새 사라지고 머리에 쥐가 나려는 게 아니겠습니까.^^ 그래도 좋은 공부 많이 했습니다. 감사합니다. 이 어려운 장문의 논문을 쓰시느라 정말 노고가 많으셨습니다. 신묘년 새해에는 산사랑님과 모든 환우님들이 좋은 컨디션 속에서 늘 행복과 행운을 누리시길 빕니다. 아울러 산사랑님께서 어느 날 갑자기 반가운 새 소식, 즉 획기적인 파병 새 치료법 소식을 전해 주시기를 고대합니다.

[산사랑]

관악산빙님, 필력이 모자라다보니 또 어렵게 썼나봅니다. 다음글은 좀더 쉽게 쓸 수 있도록 최선을 다하겠습니다. 관악산방님처럼 명석하신분을 이 글이 힘들게 했다면 제가 문제가 많은 것 같군요.^_^ 설명절 즐겁게 보내시기 바라오며 다음글에서 부족한점 많이 지도 부탁드립니다. 감사합니다.

[재털이2]

님바라기님! 제가 현재 수원빈센트병원에서 치료를 받고 있습니다(파병초보), 님바라기님께서 같은병원에서 수술을 하신다니 반갑습니다만. 얼마나 고통이 심하실까--- 마음이 무겁습니다 수술이 잘 되어서 건강한 생활을 하시길 기원합니다.

[마리아]

한동안 카페서 만나 뵐수 없어 건강이 염려가 되던차에 또 긴 논문을 올리셨네요 전문적인 글이라 몇번을 읽어도 이해하기가 쉽지 않네요 좋은 소식이 곧 나올듯.... 다음 신약 탐방기 10화2부를 올리신다니 기대하며 기다리겠습니다. 감사합니다.

[산사랑]

마리아님, 잘 정착하셔서 이제 적응하셨겠지요. 신년 1월은 정신없이 흘러가버린 느낌이 듭니다. 집안일이 자꾸 생겨서 글 쓰는 일이 자꾸 늦어집니다. 격려 감사드리오며 부군께도 안부 전해 주십시요.

[하늘]

산사랑님, 정체가 어떻게 되시는지...? ^^
산사랑님의 글을 읽으면 늘 무임승차하는 기분이 들어서 저도 카페에 도움이 되는 정보를 많이 올려야겠다고 다짐하곤 합니다.
반성합니다. 그리고 또 감사드립니다.

[산사랑]

하늘님, 파병에 무지하여 고생했던 환자입니다. 무지함이 얼마나 큰 고통을 안겨주는지를 뼈저리게 경혐했기에 다른 환우분들에게는 그런 고통을 겪지 않도록 조금이라도 도움되는 글을 올리야 한다는 마음으로 시작했는데 때로는 너무 장문과 어려운 표현으로 오히려 혼란만 주지 않는지 염려스럽습니다. 저의 글을 읽으시고 그런 마음을 품어주시니 너무 감사합니다. 늘 승리하시는 삶이 되시기를 기원드립니다.

[낙동강]

감사합니다 스크랲 해갑니다

[너무보고싶어요]

정말 감사합니다. 저 같은 경우 줄기세포에 대한 자료가 많이 부족했고 산사랑님의 글을 보며 많이 배워갑니다.
어떤 치료법에 치우침이 없는 글이어서 너무 좋았습니다. 이번에 어떤 성체줄기세포 회사에서 준 자료가 너무 형편없어서 가뜩이나 믿음도 안가는데 그 자료에 더 화가 낫거든여... 고맙습니다. 블로그에 퍼갈께여...