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CELL THERAPY

세포치료제

줄기세포란 무엇인가?

우리 몸은 약 30 ~ 100조개의 세포로 이루어져 있는데 이 많은 세포들은 줄기세포 중 가장 상위에 있는 배아줄기세포에서 시작되어 복잡한 분열 및 분화의 발달 과정을 통하여 만들어 진다.

난자와 정자가 수정하여 생긴 하나의 배아(embryo)가 형성되는데 이것이 바로 처음 형성된 배아 줄기세포(embryonic stem cell: ESC)이다. 이 하나의 배아줄기세포는 자가복제를 반복하여 한 개체로 발달하게 되는데 이 발달과정에서 만능줄기세포(pluripotent stem cell: PSC)로 분화하고 이어서 만능줄기세포는 각종 성체줄기세포(adult stem cell, 다능줄기세포(multipotent stem cell: MSC)로 불리기도 함)로 분화하게 된다. 발달과정에서 형성된 성체줄기세포는 하나의 개체로 성장한 성체의 각 조직에 그 개체가 살아있는 동안 존재한다. 중간엽줄기세포(mesenchymal stem cell)는 이 성체줄기세포 중의 하나로 골수, 지방조직, 제대, 제대혈 등 여러 조직에 존재한다.

자연적으로 발생하는 배아줄기세포, 만능줄기세포, 성체줄기세포 외에 인위적으로 특정 유전자 또는 단백질을 체세포에 주입하여 유도한 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell)도 줄기세포의 범주에 들어간다.

배아줄기세포와 유도만능줄기세포는 우리 몸의 어떤 세포로도 분화할 수 있기 때문에 줄기세포 치료제로 개발하려는 노력이 많이 진행되고 있지만 이들 줄기세포는 암세포로도 전이될 수 있기 때문에 실제 임상의 적용에는 더욱 세심한 연구가 필요하다. 또한 배아줄기세포는 윤리의 문제 에서도 자유롭지 못하여 배아줄기세포를 이용한 줄기세포치료제의 연구에 많은 제약이 있다.

반면에 성체줄기세포 중의 하나인 중간엽줄기세포는 윤리문제로부터 자유롭고 배아줄기세포나 유도만능줄기세포에 월등한 안전성을 가지고 있어 줄기세포치료제로 활발하게 연구개발이 진행되고 있다.

중간줄기세포의 특성

우리 몸의 여러 조직에서 발견되고 추출되는 중간엽줄기세포는 이들 세포가 공통적으로 지니고 있는 플라스틱부착특성(plastic adherence), 표면마커(surface markers), 분화특성(diff- erentiation property) 등에 의하여 정의된다. 이 세포는 플라스틱에 부착되어야 배양이 가능하며, 배양된 중간엽줄기세포는 CD73, CD95, CD105 등의 표면 마커를 가지고 있으나 혈액 모세포의 표면마커인 CD34, CD45 등은 없는 것으로 알려졌다. 또한 중간엽줄기세포는 여러가지 많은 조직세포로 분화하지만 그 중에서 뼈, 연골, 지방 세포로 분화하는 특성은 표면마커와 함께 중간엽줄기세포를 결정하는 중요한 척도이다.

또한, 다른 세포들에 비하여 다양하고 많은 양의 growth factor나 cytokine을 분비하는 분비특성(paracrine or stromal propery)이 있으며 스스로 필요한 곳을 찾아가는 홈잉특성(hom- ing property)를 가지고 있다.

중간줄기세포의 역할

줄기세포는 우리 몸의 항상성을 유지하는데 그 중심의 역할을 한다. 줄기세포 의 분화특성에 의하여 손상되거나 마모된 조직의 재생의 역할을 담당한다. 중간엽줄기세포는 홈잉특성에 의하여 필요한 곳으로 찾아가 치료 및 재생의 역할을 담당하는데 이때 분화특성과 함께 분비특성이 작용하여 재생을 돕는다. 뿐만 아니라 중간엽줄기세포는 cytokine이나 chemokine을 분비하여 재생에 필요한 다른 세포들을 불러들여 함께 작용한다.

중간엽줄기세포의 항상성유지 역할 중에 또 하나의 중요한 것은 면역조절이다. 우리 몸은 외부와 내부로부터 오는 여러가지 위험 요수로부터 막아주는 것이 우리 몸의 면역력인데 이 면역력이 높다고 다 좋은 것은 아니다. 중간엽줄기 세포가 가지고 있는 분비특성에 의하여 여러가지 성장인자와 싸이토카인을 분비함으로써 우리 몸의 면역력을 적당한 수준에 유지하도록 지켜주는 역할을 한다.

중간줄기세포의 이용

  • 관절연골손상

    관절연골 주변의 변성과 퇴행성 변화가 진행되면서 연골하골(subchondral bone)에 침범하여 관절 염증을 일으켜 연골의 손상이 일어난다. 혈액이나 골수 등으로부터의 전구세포(progenitor cell) 공급과 관절 연골 세포들의 공급이 관절 주위의 기질(matrix)로 둘러싸인 병변으로 이동하기 어려워 적절한 새 관절기질(reparative matrix)을 분비하지 못하기 때문에 일어난다. 중간엽줄기세포는 연골, 골조직, 인대, 골수기질 등 다양한 결합조직으로 분화 할 수 있는 능력을 가진다. 또 이러한 구조적 지지 기능 이외에도 면역 조절, 억제 기능을 가지고 있어 염증 반응을 저해하고 조직 재생에 적합한 줄기세포 로 각광받고 있다.

  • 생체 재료 생산

    지방조직에서 유래한 지방유래 중간엽줄기세포는 ASC(adipose-derived ste- m/stromal cell) 이나 ADAS (adipose-derived adult stem cell) 등의 이름으 로 세분화되며 외상이나, 종양 제거 수술, 화상 등에 의해 생긴 연부조직결손을 치료할 생체 재료 생산에 응용될 수 있다.

  • 신경계질환

    중간엽줄기세포를 뇌실(ventricle)에 주사하면 이들 세포가 전두엽(frontal cortex)과 소뇌(cerebellum)로 이동하고 신경미세섬유(neurofilament)가 생성된다. 이것은 중배엽기원의 세포가 신경조직으로 분화할 수 있다는 증거이며, 이러한 장점으로 뇌손상의 질환인 파킨슨병, 헌팅턴병, 알츠하이머성 치매 등의 퇴행성 신경질환과 척추손상 등에 적용하려는 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 간조직처럼 활발히 세포분열이 일어나서 조직손상을 치료하지 못하고 재생이 거의 이루어지지 않는 뇌신경계 질환들은 줄기세포 치료가 매우 효과적인 치료법 이 될 수 있다.

중간줄기세포 치료제

중간엽줄기세포는 특성상 우리 몸의 항상성을 유지하는 데 아주 중요한 역할을 하는 만큼 이 세포의 치료제로서의 potential 또한 상당히 크다. 특히 중간엽줄기세포의 홈잉특성, 분화특성 과 분비특성, 분비특성에 의한 면역조절특성은 퇴행성질환과 자가면역성질환의 치료에 응용될 수 있으며 실제로 많은 성과를 내고 있다. 1960-70년대에 골수에서 처음 발견된 중간엽줄기 세포는 1990년대에 들어서 이 세포의 분화능을 이용한 뼈, 연골, 지방조직의 재생을 위한 임상개발 연구가 활발히 진행되었다. 그러던 중 중간엽줄기세포의 분화특성이 부각되면서 조직의 재생보다는 각종 퇴행성 및 자가면역성 난치병의 치료에 적용되기 시작하여 현재 국내외에서 10개 미만의 치료제가 품목허가를 받아 환자치료에 사용되고 있으며 clinicaltrials.gov에 등록되어 임상시험 중에 있는 치료제도 5백개가 넘는 것으로 알려져 있다.

중간엽줄기세포치료제로는 안전성이 인지된 자가세포가 보편적으로 사용되고 있는데 초기에는 주로 골수유래-중간엽줄기세포를 이용하였으나 골수를 채취하는 과정이 많은 통증과 부작 용을 수반할 수 있는데 반하여, 2000년대에 들어서면서 지방유래-중간엽줄기세포가 알려지면서 줄기세포치료제로써 상대적으로 간편하게 채취할 수 있는 지방조직을 이용한 지방유래- 중간엽줄기세포치료제가 많이 개발되고 있다. 그러나 자가세포는 환자 본인에게만 사용할 수 있기 때문에 고비용일 수밖에 없고 또한 환자는 세포가 배양될 때까지 기다려야 하는 극복하기 힘든 단점을 가지고 있다.

동종 중간엽줄기세포도 또한 많은 관심을 갖고 치료제로 개발되고 있다. 동종의 중간엽줄기세포를 치료제로 개발할 수 있는 이론적 근거는 중간엽줄기세포의 표면에 면역세포의 인지 대상 이 되는 HLA(Human leukocyte antigen)-2 분자의 발현이 아주 낮기 때문이며 실제로 한국의 메디포스트와 미국의 오시리스는 동종 중간엽줄기세포치료제를 개발하여 품목허가를 받아 환자 치료에 사용하고 있다. 동종줄기세포치료제는 자가줄기세포치료제가 가지고 있는 고비용과 대기시간의 문제를 다소 해결할 수 있다.

나이가 들면서 나무는 나이테가 늘어나지만, 사람은 매일 먹는 약의 숫자가 늘어나고 있다. 현대인의 평균 수명은 계속적으로 증가하고 있다. 근대화 이전에는 40대에 불과했던 한국인의 평균 수명이 현재는 80대이고 머지않아 100세 시대가 도래하리라 본다. 다들 이야기하듯이 길어진 노년 시기를 어떻게 해야 건강하게, 즐기면서 기쁘게 살아갈 수 있는 가를 이야기하고자 한다.

즉 삶의 질, Quality of Life를 증진시켜주는 것이 중요한데, 이를 위하여 요즈음 크게 대도 되는 것이 재생의학 ‘Regenerative Medicine’이다. 이에 여러 방법들이 있겠으나 그 중심에는 우리 몸의 항상성 유지에 꼭 필요한 중간엽줄기세포에서 그 solution을 찾을 수 있다.

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