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핵심내용

- CHA 의과학대 이동률 교수팀 처음 밝혀, Cell Transplantation지 게재 -

 □ 국내에서 개발된 배아줄기세포 28종이 한국인 100명 중 최대 25명에게 면역거부반응이 없이 이식가능하다는 것이 국내연구진에 의해 처음 밝혀져 앞으로 배아줄기세포를 활용한 세포치료제 개발이 크게 활성화될 것으로 기대된다.

□ 교육과학기술부(장관 안병만)는 21세기 프론티어연구개발사업 세포응용연구사업단(단장 김동욱 연세대 교수)의 지원을 받는 "CHA 의과학대학교" 이동률·강명서·정형민 교수팀이 “2008년까지 차병원에서 확립된 28개의 인간배아줄기세포주와 6,740명의 공여 제대혈의 면역 적합성 및 혈액형 관련유전자의 특성을 분석한 결과, 한국인 이식 대상자의 16~25%에게 이식이 가능하다”는 결과를 얻었다고 밝혔다.

 ○ 배아줄기세포는 무한대로 증식하며 다양한 세포를 만들 수 있어 효용성이 크지만, 환자 자신의 몸에서 나온 세포가 아니므로 이식하였을 때 혈액형과 면역적합성항원(Human leukocyte antigen: HLA)이 일치하지 않으면 면역거부반응을 일으키게 된다. 이를 극복하기위해 환자 개개인의 체세포복제배아줄기세포를 생산하는 방법이 있지만, 난자확보의 어려움 및 기술적인 난관 등이 있었다.

 ○ 또한, 배아줄기세포는 면역성이 성체줄기세포에 비해 낮은 것으로 알려져 골수나 제대혈과 같이 치료시 수만~수십만개의 줄기세포를 투여할 필요가 없는 것으로 알려져 있으나, 실제로 몇 개의 세포주를 만들어야 전체인구에 공급할 수 있는지에 대한 연구는 전무하였다.

 ○ 이에, 연구진은 체외수정과정에서 생산되는 잉여 동결배아를 기증받아 많은 수의 배아줄기세포를 미리 확립하여, 환자에게 맞는 세포를 찾는 방법을 사용하였으며, 공익제대혈은행의 6,740개 재대혈의 특성을 한국인의 혈액형과 면역적합항원 유전자의 특성으로 가정하여, 28종의 배아줄기세포가 어느 정도의 한국인에게 이식이 가능한지를 조사하였다.

 ○ 면역적합항원 유전자는 각각 수십가지의 변형체가 있어 자신의 세포를 제외하고는 완전히 일치시키기가 매우 어렵지만, 6개의 면역 적합성 항원 중 4가지만 일치하면 이식이 가능하다. 이러한 조건을 대입하였을 때 확립된 28종의 인간 배아줄기세포주 중 최소 1개는 한국인 이식대상자의 약 16% ~ 25%에게  이식이 가능한 것으로 검증 되었다.

□  이러한 결과는 이론적으로 100~160주 정도의 배아줄기세포주를 확보하면 대부분의 한국인에게 세포치료용 줄기세포를 공급할 수 있다는 것을 의미하며, 대량배양이 가능한 배아줄기세포의 특성상 줄기세포의 분화기술과 안정성에 대한 연구가 좀 더 뒷받침된다면 향후 줄기세포치료가 필요한 환자에게 적용할 수 있을 것으로 예상된다.

□ 한편, 이번 연구 성과는 세포치료분야의 세계적인 권위지인 세포이식(Cell Transplantation)지 2010년 6월 29일자에 인터넷판에 소개되었고, 곧 정식으로 게재될 예정이다.

상세내용

연구에 사용된 차병원 배아줄기세포주의 특성분석

･ AP : 각각 줄기세포주에서 발현되는 알칼라인 포스파타아제 (alkaline phosphatase)의 발현 확인 - 붉은색 염색
･ SSEA-4 : 각각 줄기세포의 표면에서만 나타나는 항체의 발현 확인 (붉은색 또는 초록색, 파란색은 핵을 염색하여 실제 세포임을 확인한 사진)
･ TRA-1-60 : 각각 줄기세포의 표면에서만 나타나는 항체의 발현 확인 (붉은색, 초록색, 파란색은 핵을 염색하여 실제 세포임을 확인한 사진)
･ Oct-4 : 각각 줄기세포의 핵에서만 발현되는 유전자의 발현 확인 (붉은색 또는 초록색, 파란색은 핵을 염색하여 실제 세포임을 확인한 사진)

자신에게 적합한 줄기세포를 찾을 수 있는 비율

 28종(1개는 염색체 이상으로 제외)의 인간 배아줄기세포와 6740명의 제대혈줄기세포에서 혈액형과 면역적합성 관련 유전자의 자료를 분석한 결과, 전체가 일치하는(full match)경우는 low resolution(일반적 기준)과 high resolution(엄격한 기준)에서 각각 0.3%, 0.21%의 환자에서, 하나가 불일치하는 (1 mismatch) 경우는 각각 2.43%, 1.74%의 환자에서, 두 개가 불일치하는 (2 mismatch) 경우는 각각 22.4%와 14.21%에서 자신에게 적합한 줄기세포를 찾을 수 있었음. 따라서 조혈모세포 이식에 사용되는 2 mismatch를 기준으로 했을 때 그 이상 값을 모두 더하면 각각 25%와 16%에서 수혜가 가능함.

용어 설명

○ 면역적합능 : 조직 혹은 장기를 이식했을 때 거부반응을 일으키지 않도록 하는 면역적합성 항원의 일치 정도

○ 인간배아줄기세포주 : 포배기 인간 배아의 내세포괴 (inner cell mass)에서 유래된 세포주로 특정 환경에서 계속적으로 분열해 그 수를 유지하고, 우리 몸을 이루는 어떤 기관의 세포로도 전환이 가능한 세포

○ 면역적합성항원 :  조직의 세포 표면에는 개체마다 서로 다른 항원이 존재하며, 다른 개체의 세포를 이식하면 그 항원에 대한 면역 반응이 일어나 거부반응이 생김. 이와 같은 항원을 주요 면역적합성항원이라고 하며 사람의 경우는 HLA(human leukocyte antigen)라고 부름

○ 만능줄기세포 : 계속적으로 증식하며, 우리 몸을 이루는 어떤 기관으로도 전환될 수 있는 세포 (pluripotent cell)로서 배아줄기세포 (embryonic stem cell, ESC)와 유도만능줄기세포 (induced pluripotent cell, iPS)가 포함됨

○ 체세포복제배아기술 : 면역거부반응을 피하기 위해 난자의 핵을 제거하고 체세포를 난자의 세포질 내로 주입하여 체세포복제배아를 만들고, 이 배아로부터 배아줄기세포를 추출하는 기술임.  환자의 체세포와 배아줄기세포와의 면역적합항원의 발현이 일치하여 면역거부반응이 일어나지 않을 것으로 예상됨

○ 성체줄기세포 :  출생 후  우리 몸의 여러 장기에 존재하는 줄기세포를 말하는 것으로, 대부분은 골수에 존재하지만,  말초혈액, 뇌, 간, 췌장, 피하조직, 골격근, 심근 등에서도 존재하면서, 각 장기의 손상에 대해서 재생을 담당하고 있다고 생각됨

○ 조혈모세포  :  혈액세포인 적혈구, 백혈구, 혈소판 등으로 분화되는 줄기세포의 일종으로 인체의 혈액체계와 면역체계를 유지할 수 있게 하는 역할을 하는 중요한 줄기세포임

연구성과의 의의

○이번 연구결과를 통해 100-160주 정도의 배아줄기세포주를 확보하면 대부분의 한국인에게 세포치료용 줄기세포를 공급할 수 있다는 사실을 알 수 있었으며, 배아줄기세포주은행의 확립이 세포치료제 개발의 현실적인 전략임을 시사

   -  배아줄기세포는 성체줄기세포와 달리 대량배양이 가능해 면역적합능만 맞출 수만 있다면 1종의 줄기세포주로도 수많은 사람에게 이용이 가능한 장점 때문에 줄기세포은행화를 위한  가장 적합한 세포로 여겨짐.

  - 영국의 경우 국가지원을 통해, 미국의 경우 국립보건원의 지원으로 배아줄기세포은행이 설립되어 운영되고 있고, 그 외에도 소수의 대학 및 기관에서 배아줄기세포 은행을 설립 운영 중임

  - 배아줄기세포은행에서 세포이식에 맞는 줄기세포를 찾을 수 없는 소수의 환자에서는 환자 맞춤형 줄기세포인 체세포복제배아줄기세포나 유도만능줄기세포의 도입하는 전략이 보다 현실적이며, 이 들에 대한 효율 증진에 관한 많은 연구와 효과적인 분화방법의 개발도 절실함

○배아줄기세포 유래의 세포치료기술 개발 가속화 예상

  - 배아줄기세포 유래의 세포치료제 개발 시 가장 큰 문제점은 면역거부반응과 종양발생의 가능성이었으나 종양발생 문제점은 기술적으로 대부분 극복된 상태이며, 금번 배아줄기세포 은행을 통한 면역적합항원 일치 세포주 공급의 가능성 확인으로 다양한 배아줄기세포 유래 세포치료제의 개발이 가속화 될 전망임

  - 현재 배아줄기세포 유래 세포치료제는 2009년 미국 FDA (식약청)에서 처음으로 척수손상치료제가 임상시험 승인을 허가한 이래 많은 기관에서 실명증, 심혈관질환, 당뇨병 및 뇌질환등의 난치병 치료기술 개발이 진행되고 있는 상황임