바이오인

ISSCR 2023을 통해 본 줄기세포 R&D 트렌드

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-50

■ iPSC 등 혁신적인 줄기세포 확보기술의 등장으로 줄기세포 활용 관점의 연구 패러다임이 형성된 후,

○ 줄기세포 R&D는 기초연구와 임상개발의 양방향으로 진전되고 있으며, 향후 더욱 고도화될 것으로 예상하는 가운데, 첨단 신기술이 이러한 발견과 발전을 촉진할 것으로 전망

- 생명모사 특성을 보유한 줄기세포는 생명과학의 강력한 연구 도구(research tool)로서 새로운 가능성(노화 극복, 신규 줄기세포* 탐색 등)을 발견하는 방향으로 R&D가 활발해질 것으로 예측

* 재건줄기세포(revival stem cell), 로제트 단계 만능성(rosette-stage pluripotency) 세포, 사슴뿔에서 발견한 아체세포(antler blastema progenitor cell) 등

[ 줄기세포 연구개발 패러다임 변화 ]

■ ISSCR 2023을 통해 살펴본 활용, 기초, 기반 관점의 주요 줄기세포 R&D 동향 및 트렌드를 정리

○ 활용적인 측면에서 줄기세포 치료제 임상결과가 두드러지며, 크리스퍼 (CRISPR) 기반 치료제, 보다 폭넓게 사용할 수 있는 Off-the-shelf 치료제 등 새로운 컨셉의 치료제 개발이 주요할 것으로 파악

- 환자를 대상으로 확보한 임상시험 결과들이 다수 발표되었는데, 크리스퍼 유전자 편집기술이 적용된 최초의 크리스퍼 치료제로 올해 말 승인이 예상되는 엑사셀*에 대한 임상 결과를 발표

* 엑사셀(exa-cel, Exagamglogene autotemcel)은 유전자편집기술인 CRISPR/Cas9을 통해 헤모글로빈 합성 유전자를 삽입한 자가 유래 세포치료제로 유전성 빈혈 질환 치료를 타겟

- 엑사셀 외에도 크리스퍼 유전자편집기술을 기반으로 암, 혈액질환, 뇌신경 질환 등 다양한 질환에 대한 줄기세포 치료제 개발이 활발

※ CLINICAL ADVANCES IN CRISPR-BASED GENOME EDITING FOR TREATMENT OF PATIENTS WITH SEVERE ILLNESS(Intellia Therapeutics, USA)

※ IN VIVO CRISPR/CAS9 SCREEN IDENTIFIES TNF-NFKB-P53 AXIS LIMITING THE SURVIVAL OF HUMAN PSC-DERIVED POSTMITOTIC DOPAMINE NEURON AT TRANSPLANT (Memorial Sloan Kettering Cancer Center, USA)

- Off-the-shelf 치료제에 대해서는 iPSC 엔지니어링을 통해 많은 환자들에게 사용할 수 있는 CAR-T 치료제, CNS 치료제 개발에 관심이 고조

※ ENGINEERED IPSC AS OFF-THE-SHELF SOURCE OF CAR T CELLS(Amsterdam Medical Center, Netherlands)

※ MG01: SINGLE, OFF-THE-SHELF TREATMENT OF CNS PATHOLOGY IN MUCOPOLY SACCHARIDOSES(BlueRock Therapeutics, USA)

○ 기초연구 심화는 줄기세포 정체성(Cellular identity), 노화와 회춘(Aging and Rejuvenation), 성체줄기세포와 재생(Tissue stem cell and Regeneration) 이라는 3개의 주요 연구 방향으로 정리

- Cellular identity 관련하여 특정 줄기세포의 분화, 리프로그래밍이 어떻게 조절되는지에 대한 연구결과가 다수 발표

※ SINGLE MOLECULE DYNAMICS REVEALS EARLY GLOBAL CHROMATIN CHANGES DURING CELLULAR REPROGRAMMING TO PLURIPOTENCY(University of Pennsylvania, USA)

※ A GENE REGULATORY NETWORK CLOCK OF HUMAN EPIBLAST DEVELOPMENT(Altos Labs, UK)

- 특히, 이번 컨퍼러스에서는 알토스랩스(Altos Labs)에서 여러 발표를 하면서 세포 재생, 역노화와 관련된 줄기세포 연구 내용에 관심이 집중

- 알토스랩스의 발표가 진행된 회의장에 위험할 정도로 많은 사람이 몰려 경찰이 청중의 절반을 내보내는 흔치 않은 광경이 연출

※ CELL REJUVENATION AND DISEASE(Altos Labs, USA)

※ STEM CELL QUIESCENCE, EVOLUTIONARY TRADE-OFFS, AND TISSUE REGENERATIVE POTENTIAL(UCLA, USA)

- 조직별 성체줄기세포의 분화나 미세환경에 대한 메커니즘 연구도 주요한 주제로 발표

※ THE MECHANICAL LINKS BETWEEN TISSUE MORPHOGENESIS AND PROGENITOR CELL DIFFERENTIATION(Princeton University, USA)

※ THE MOLECULAR MACHINERY CONTROLLING STEM CELL AND TISSUE PLASTICITY BETWEEN ADULT COLON AND SMALL INTESTINE(Weill Cornell Medicine, USA)

■ 임상활용 진전과 기초연구의 심화는 첨단 신기술, 모델링 고도화, 윤리/정책/표준 등의 기반 연구를 통해 추진이 가능했으며, 향후 더 큰 영향을 받을 것으로 예상

○ 첨단 신기술에는 크리스퍼기술(CRISPR technology), 단일세포 멀티오믹스 및 공간오믹스(Single-cell multi-omics and Spatial technology), 합성배아(Synthetic embryo)에 대한 최신 연구성과와 중요성이 주요하게 논의

- 크리스퍼 유전자편집기술은 치료제 개발에서부터 오가노이드 개발 등에 핵심적인 기술로 활용

- 단일세포 수준에서 오믹스 분석과 공간적인 위치 정보까지 함께 분석하는 spatial biology가 중요한 연구 툴로서 활용

※ 미국 하버드대학 연구팀은 뇌 단일세포 유전체 및 세포 아틀라스의 공간적 분석 결과를 발표 SPATIALLY RESOLVED SINGLE-CELL GENOMICS & CELL ATLAS OF THE BRAIN(Harvard University, USA)

- 합성배아는 모델링 고도화에도 포함되어 발표되기도 하였으나, 비교적 새로운 접근방법으로 첨단 신기술에 포함

※ BUILDING EMBRYO MODELS FROM STEM CELLS TO UNDERSTAND SELFORGANIZATION (California Institute of Technology, USA)

- 마우스 뿐만 아니라 인간 합성배아에 대한 연구결과가 발표되면서 윤리적인 문제도 함께 논의

- 특히, 인간배아의 체외배양 기간을 14일로 제한하는 기존의 규칙을 완화하는 윤리적·제도적 내용에 대해서도 논의

※ PUBLIC ATTITUDES TOWARDS RESEARCH INVOLVING HUMAN EMBRYOS AND THE 14 DAY RULE IN AUSTRALIA(University of Tasmania, Australia)

○ 모델링 고도화에 대해서는 리프로그래밍기술과 유전자편집기술을 기반으로 한 다양한 질환과 조직, 장기의 오가노이드, 어셈블로이드(Assembloids), 장기칩(organ-on-chip)에 대해 발표

- 장기칩 등을 차세대 체외모델(Next generation in vitro models)이라고 표현하며 줄기세포와 재료공학을 융합한 연구결과를 발표

※ COMBINING STEM CELL AND DEVICE ENGINEERING FOR IN VITRO MODELS OF HUMAN PHYSIOLOGY(KTH Royal Institute of Technology, Sweden)

■ 줄기세포 R&D는 기초와 임상이 양방향으로 보다 진전되고 심화될 것으로 전망되는 가운데, 첨단 신기술이 이러한 발견과 발전을 촉진할 것으로 예상

○ 첨단 신기술은 생명분석(공간 오믹스 기반 단일세포 분석기술 등)과 편집/예측 (차세대 유전자편집기술, 차세대 리프로그래밍기술 등)으로 구분하여 개발될 전망

- 모델링 고도화는 첨단 신기술에 힘입어 오가노이드, 합성배아 등 생명모사 기술에 큰 진전이 있을 것이며, 더불어 윤리, 정책, 표준에 관한 연구도 중요해질 것으로 예상

○ 첨단 신기술 및 제도 기반을 토대로 새로운 줄기세포 발견이나 역노화와 같은 생명현상 규명 영역을 확대하는 주제로 기초연구가 심화

- 임상적인 측면에서는 제조 과정과 비용을 고려한 범용 치료제(off-the-shelf, universal), 새로운 형태의 재생의료 치료제(origanoid, chimera) 개발에 관심이 높아질 것으로 예상

○ 양방향으로 심화되는 기초와 임상 사이의 연계, 줄기세포 뿐만 아니라 바이오 연구 전반에 줄기세포 기반기술이 잘 활용될 수 있도록 지원하는 생태계 촉진자(facilitator)*의 역할이 중요할 것으로 전망

* 줄기세포를 활용한 개념 검증, 비임상/임상 지원 등의 기능이 생태계 형성에 중요

...................(계속)

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