바이오인

인간도 동물처럼 재생이 가능할까?

 김장환 책임연구원

줄기세포융합연구센터

◈본문

인간의 생명과 건강을 위협하는 다양한 질병에 인류는 적극적으로 대응을 해 왔고, 의약품 및 치료제를 개발해 오고 있다. 아스피린과 같은 작은 분자량을 가진 화합물이 전통적인 치료제의 대부분을 차지했다면, 최근에는 바이오의약품의 비중이 점점 커지고 있다. 특히, 이 중에서도 세포치료제, 유전자치료제, 조직공학치료제, 융복합치료제 들은 첨단바이오의약품으로 분류하여 전세계적으로 활발한 연구개발이 이루어지고 있 으며, 우리나라도 2020년부터 "첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 안전 및 지원에 관한 법률"(첨단재생바이오법)이 시행되면서 적극적으로 새로운 패러다임의 치료제에 대 한 연구개발을 지원하고 있다.

첨단바이오의약품 중에서 사람들에게 가장 많이 알려진 것은 세포치료제인데, 저분 자 화합물이 아닌 살아있는 세포를 치료제로 활용하여 손상된 조직이나 장기에 세포를 이식함으로써 건강한 상태로 되돌리고자 하는 것이다. 화학적 합성을 하는 약물과 달 리, 치료세포를 만들기 위해서는 세포의 증식과 필요한 세포로 분화가 필요하다. 그래 서 증식과 분화능이 있는 '줄기세포'가 세포치료제의 핵심적인 원료가 된다. 조직이나 장기에서 손상된 세포를 되살리는 것을 '재생'이라고 부른다. 우리 몸에 있는 줄기세포가 재생을 통해 세포를 공급해 줌으로써 우리는 건강한 상태를 유지할 수 있다. 하지만, 안타깝게도 인간의 재생능력은 파충류나 어류에 비해 매우 제한적이기 때문에 인류는 줄기세포를 활용하여 필요한 세포를 공급하는 '재생의학'과 재생의학적 치료제 기술을 발전시키고 있는 중이다. 그런데, 저분자 화합물에 비해 상대적으로 거 대한 세포를 의약품으로 만들기 위해서는 그만큼 고려해야할 요소들이 많아지고 비용 이 증가할 수밖에 없다.

게다가 장기 이식과 같이 세포치료제도 이식을 해야 하는데, 이 과정에서 면역거부반 응이 일어나지 않도록 환자 맞춤형의 줄기세포를 확보하는 것이 매우 중요한 일이다. 다행히 핵치환 배아줄기세포 기술이나 노벨상을 수상한 유도만능줄기세포 기술, 직접 교차분화 기술 같은 리프로그래밍 기술을 통해서 면역거부반응이 없는 환자 맞춤형 줄 기세포를 만들 수 있게 되었고, 높은 순도로 치료세포를 만드는 기술도 많은 발전을 이루고 있다. 하지만, 유도만능줄기세포를 이용하여 파킨슨병의 세포치료제를 만드는 데는 약 10억원의 비용이 드는 수준이어서 재생의학적 치료제가 대중에게 널리 쓰이 기 위해서는 아직 시간이 더 필요할 것으로 예상된다.

그런데, 이렇게 재생의학적 기술을 연구하는 것은 인간을 포함한 포유류의 재생능력 이 떨어지기 때문이다. 만약 파충류 이하의 동물의 재생에 핵심적인 역할을 하는 아체 세포 (blastema cell)가 포유류에도 존재한다면 손상된 조직을 재생시키는 과정은 지 금보다는 매우 쉬워질 수 있다. 하지만, 그동안 수많은 연구에도 불구하고 현재까지 포유류에서는 아체세포를 확인할 수 없었고, 진화적으로 고등동물인 포유류에서 재생 능력이 감퇴된 이유를 밝혀내지 못하고 있다.

본 연구팀은 환자 맞춤형의 치료세포를 만드는 기술인 리프로그래밍 기술 중에서 만 능성인자를 활용하는 직접교차분화기술을 연구하여 파킨슨병 세포치료제를 개발하고 있다. 유도만능줄기세포 단계를 거치지 않기 때문에 훨씬 간단하고 빠르게 세포치료제 를 대중화할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 본 연구팀이 직접교차분화기술을 개선하 기 위해서 기전분석 연구를 하는 중에 생쥐 세포의 리프로그래밍 과정에서 지금까지 볼 수 없었던 새로운 세포를 발견했고, 데스모플라킨이라는 유전자가 이 세포의 형성 에 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다. 흥미롭게도 제브라피시라는 모델 물고기에서 이 유전자를 억제시켰더니, 지느러미의 재생이 저해되고 아체세포의 형성이 저해되었 다. 그리고, 유전자 발현 패턴 분석해 보니, 동물의 아체세포와 매우 유사함을 알 수 있었다. 즉, 포유류에서 최초로 아체 유사세포를 유도할 수 있음을 확인하였다.

이 아체 유사세포가 도마뱀의 아체세포처럼 잘려진 팔을 재생시킬 수 있는 지는 아직 알 수 없다. 하지만, 특정한 조직 및 장기의 치료를 위해 각각의 세포를 제작하지 않고 아체세포를 이식하거나 유도함으로써 다양한 질병에 적용 가능한 경제적인 치료제가 가능할 것으로 기대하고 있다. 본 연구팀은 인공적으로 유도된 아체세포를 활용해 혁신적 치료제를 개발하여 보다 많은 사람들이 재생의학의 혜택을 누리는 세상을 꿈꾸며 새로운 도전을 시작했다.

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