줄기세포 연구의 현황과 전망

  

 

줄기세포의 정의와 종류

줄기세포(幹細胞.stem cell)란 신체내에 있는 모든 세포나 조직을 만들어 내는 기본적인 세포를 말한다. 이 줄기세포에는 사람의 배아를 이용해 만들 수 있는 `배아줄기세포(embryonic stem cell, 일명 복수기능 줄기세포, pleuripotent stem cell)'와 혈구세포를 끊임없이 만드는 골수세포와 같은 '성체줄기세포(adult stem cell, 일명 다기능 줄기세포, multipotent tem cell)'가 있다.

배아줄기세포의 발생

배아줄기세포에서 `배아(embryo)'는 생식세포인 정자와 난자가 만나 결합된 수정란을 의미하며 일반적으로 수정된 후 조직과 기관으로 분화가 마무리되는 8주까지의 단계를 가리킨다. 배아는 보통 5-7일 동안 세포분열을 거쳐 100-200여개의 세포로 구성된 `배반포기 배아(blastocyst)'로 발생돼 자궁에 착상하게 되며 계속해서 세포분열과 분화 과정을 통해 인간 개체로 발생하게 된다.

배아줄기세포주 확립

배아줄기세포는 착상 직전 배반포기 배아나 임신 8-12주 사이에 유산된 태아에서 추출한 줄기세포를 의미하는 것으로, 인간으로 발생하는 세포이기 때문에 인체를 구성하는 모든 세포로 분화가 가능하다. 이 과정에서 줄기세포의 분화를 억제시켜, 210여개 장기로 발달할 수 있는 능력을 가진 원시세포를 유지시켜 준 상태를 배아 줄기세포주(stem cell line)라고 한다.

배아줄기세포의 임상응용

특히 2005년 황우석 교수팀이 개발했다는 배아줄기세포는 사람의 난자에 난치병 환자 본인 체세포의 핵을 넣어 배양하기 때문에 향후 언제든지 특정 세포로 분화시켜 임상치료에 적용될 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 큰 평가를 받았다. (2005년말 논문조작으로 결론났지만....)

핵심기술을 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 쉽게 파열되는 인간 난자의 취약점을 개선하기 위해 난자의 껍질에 해당하는 투명대에 작은 구멍을 만든 뒤 압력을 가해 핵이 쉽게 빠져나오는 독특한 기법을 활용한다. 줄기세포 배양을 위해 영양물질에 해당하는 배양액도 한몫 한다. 연구진이 자체 개발해 세계 최초로 사용했다는 hmSOFaa란 배양액이 도움이 된 것으로 평가받기도 했다.

이와 같은 연구는 알츠하이머병, 파킨슨병과 같은 뇌질환에서 당뇨병, 심장병에 이르기까지 많은 질병을 치료 하는데 이 배아줄기세포를 이용할 수 있을 것으로 기대를 걸었다. 예를 들어 당뇨병을 치료하기 위해 인슐린 생산 세포를 만들어 내거나 척추손상으로 척추신경이 마비된 환자의 기능을 회복시킬 수 있는 신경세포를 길러내는 것이 가능하다고 과학자들은 믿고 있다.

2005년도 황교수팀의 배아줄기세포의 연구

(2005년말 논문조작으로 밝혀졌지만 논문발표 당시의 연구업적에

대한 평가이며, 실제 이루어진 결과로 인정할 때의 이야기이다)

2005년 황교수팀의 연구성과는 난치병 환자의 체세포를 복제하는 방식으로 치료용 배아줄기세포를 만들었다는 점이다. 이는 이 배아줄기세포를 환자에게 주입할 경우 특별한 치료법이 없던 난치병도 치료할 수 있는 가능성을 제시한 것이다.

논문에 따르면 18명의 여성에게서 기증받은 난자 185개로 31개의 배반포기 배아를 복제하고 여기서 11개의 복제배아줄기세포를 만들었다. 연구팀의 배아줄기세포 확립 성공률은 지난해 2월 배아줄기세포 배양 성공을 발표할 당시의 0.4%(242개 난자 중 1개 성공)에서 약 6%로 약 15배 이상 높아졌다.

이번에 확립된 배아줄기세포 11개는 남성과 사춘기 전 여성, 폐경기 이후 여성 등 모두 11명의 환자(남성 8명, 여성 3명)의 체세포를 이용한 것이다. 환자 가운데는 선천성면역결핍증과 소아당뇨병이 각 1명, 척수질환자가 9명이었다. 배아줄기세포를 만드는데 성공한 연구 참가자들의 나이는 2~56세까지 다양했다.

특히 이번 연구에서 주목받고 있는 중증 난치성 환자의 배아줄기세포 3개는 환자 자신의 체세포를 이용한 것으로 이들은 현재 선천성면역결핍증(CGH.남.2)과 소아당뇨병(JD.여.6), 척수질환(SCI.여.33)을 각각 앓고 있는 상태다. 연구팀은 지난해와 마찬가지로 연구 참자가의 체세포에서 핵을 빼낸 뒤 이를 핵이 제거된 난자에 주입하는 방법으로 배아를 복제한 뒤 줄기세포를 만들었다.

하지만 지난해의 경우는 건강한 여성 자신의 난자와 체세포를 이용해 배아줄기세포를 만들었기 때문에 실제 질환 치료와는 거리가 있었지만 이번에는 실제 환자에게 적용이 가능한 배아줄기세포를 만들었다는 점에서 질병치료에 한발짝 다가섰다는 평가를 받고 있다.

2살짜리 선천성면역결핍증 남자 환자와 6세 소아당뇨병 여자 환자는 다른 사람의 난자가 제공된 반면 척수질환을 앓고 있는 33세 여성은 100% 환자 자신의 체세포와 난자를 이용해 배아줄기세포를 만든데 성공했다고 연구팀은 설명했다. 황 교수는 "11명의 연구대상 환자 중 3명은 난치성 질환이었다"면서 "특히 33세 척수질환자의 경우는 이번 연구대상 환자들 중 면역거부반응 문제를 거의 해소한 케이스"라고 설명했다.

동일인의 난자와 체세포를 이용한 완전복제는 미토콘드리아 DNA까지 일치함으로써 질병치료를 위해 배양한 세포를 환자 자신에게 이식할 경우 면역 거부반응 문제도 해소할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 또한 이번 연구성과는 남성의 체세포와 여성의 난자를 이용한 `이성간' 배아줄기세포 배양이라는 점에서도 주목받고 있다.

동일 여성에게서 만든 배아줄기세포기술은 치료에 한계가 있기 때문에 반드시 이성간 배아줄기세포 연구를 해야만 질병치료에 폭넓게 사용할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다. 황 교수는 "이번에 확립된 세포는 염색체 검사상 정상일 뿐만 아니라 다양한 세포로 분화할 수 있는 다잠재성 세포임을 증명했다"면서 "이 줄기세포는 피부와 각막, 근육, 뼈, 위장관, 호흡기 등으로 분화할 수 있다"고 말했다.

그는 또 "다양한 나이와 성별의 체세포를 이용해 배아줄기세포를 확립한 데 의미가 있지만 이번 연구결과가 곧바로 임상에 들어가는 것은 아니다"라며 "앞으로 면역거부반응 해결과 환자와 복제배아줄기세포의 생물학적 특성규명 등 해결해야 할 과제가 많이 남아있다"고 말했다.

성체줄기세포의 특성과 응용

배아줄기세포에 비해 성체줄기세포는 혈액을 구성하는 백혈구나 적혈구 세포처럼 정해진 방향으로만 분화하는 특성이 있다. 하지만 최근에는 뇌에서 채취한 신경 줄기세포를 근육세포, 간(肝)세포, 심장세포로 전환할 수 있음이 알려지면서 성체줄기세포를 이용해 다양한 질병을 치료할 가능성도 밝혀지고 있다.

일단 현재까지의 상황으로만 보면 성체줄기세포로 척수마비 환자를 치료하기 위해 연구가 최근 국내에서도 임상2상 단계에 진입함으로써 배아줄기세포에 비해 훨씬 앞서가고 있는 형국이다. 특히 성체줄기세포는 면역거부반응 문제를 어느 정도 해결한 데다 안전성 측면에서도 큰 문제가 없어 앞으로 임상적용이 더 확산될 전망이다.

그러나 성체줄기세포는 세포분화가 상당히 진행된 단계이기 때문에 배아줄기세포만큼 오래 살아있지 못하고, 다양한 세포계로 배양시키는데는 한계가 있다. 간단히 말해 세포계의 노화가 진행되면 될수록 다양한 조직으로 분할할 수 있는 능력을 상실하게 되고 별 쓸모가 없게 된다. 노후한 줄기 세포는 여러가지의 다양한 세포계로 분할할 수 있는 여유를 갖추고 있지 못하다고 보면 된다. 또한 채취되는 양이 매우 적어 실험실에서 배양을 통해 증식을 유도해야 하는 단점 때문에 임상에서 성공을 장담하기 어렵다.

성체줄기세포는 이미 임상단계에 진입했기 때문에 배아줄기세포보다 먼저 상용화가 가능할 가능성이 높다. 황 교수팀의 연구성과는 핵치환 기술화 효용성 측면에서 진일보한 것은 사실이지만 특정 장기나 기관으로의 분화기술과 암(癌)화 예방 등의 핵심적 기술개발이 더 필요하다고 하겠다.

배아줄기세포 연구의 윤리성 논쟁

배아줄기세포 연구를 위한 세포가 배아로부터 얻어지기 때문에 인간으로 성장할 수 있는 잠재력을 지닌 세포를 폐기하는 행위를 수반한다. 과학자들과 임신중절 반대 운동단체들은 이 문제를 놓고 대치하고 있다. 일부에서는 세균 배양용 접시 속에서 정자와 난자가 결합하는 것을 놓고 과연 생명체라고 주장할 수 있는 지 반문하기도 한다. 이들은 그 배아가 자궁에 이식되었을 때 부터 비로소 생명체로 간주할 수 있다고 주장한다.

낙태가 잘못이라고 여기는 사람들이 많이 있는데 이들의 논리가 배아 연구에도 적용된다. 만약 생명체로 성장하기 위해서가 아니라 연구만을 목적으로 난세포를 수정시킬 경우 연구 반대자들은 이를 인간의 생명을 빼앗는 행위라고 주장하는 것이다.

[2005-3-15, 수정 2006-1-7]