척수마비 치료하는 ‘세포치료제’
척수마비 치료하는 ‘세포치료제’
  • 함예솔
  • 승인 2020.07.07 15:45
  • 조회수 1914
  • 댓글 0
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척수마비 치료하는 세포 치료제 나왔다! 출처: AdobeStock
척수마비 치료하는 세포 치료제 나왔다! 출처: AdobeStock

몸체를 지탱하는 척추뼈 안에 있는 신경조직인 '척수'는 한 번 손상을 입으면 회복하기 힘듭니다. 그런데 최근 피부세포에서 얻은 운동신경 세포로 척수 손상을 치료하는 연구가 발표돼 주목을 받고 있습니다. 교통사고나 산업재해와 같은 사고로 인한 척수 손상뿐만 아니라 운동신경 세포가 파괴되는 루게릭병과 같은 질환도 치료할 길이 열렸습니다. 

운동신경세포 제작 과정과 척수손상 동물실험에서 치료 효과 검증. 출처: UNIST
운동신경세포 제작 과정과 척수손상 동물실험에서 치료 효과 검증. 출처: UNIST

UNIST 생명과학부의 김정범 교수 연구팀은 피부세포에 유전인자 두 종을 주입해 척수를 구성하는 '운동신경세포'를 제작하는 데 성공했습니다. 동물실험에서 제작된 운동신경 세포의 손상 재생능력을 확인했으며 임상 적용을 위해 필요한 세포를 대량으로 생산할 수 있어 상업화 가능성이 밝습니다. 해당 연구는 <eLife>에 게재됐습니다. 

  • 운동신경세포(Motor neuron)

뇌나 척수와 같은 중추신경계로부터 전달되는 신호들을 신체의 각 반응기 (근육, 방광과 같은 장기들)로 전달하고 자극에 대한 반응을 일으키게 하는 신경이 운동신경세포입니다. 

줄기세포 치료제가 주목 받는 이유

 

척수는 뇌의 신호를 사지로 전달하거나 역으로 신체에서 느낀 감각을 뇌로 전달하는 신호수 역할을 합니다. 따라서 척수가 손상되면 운동기능이나 감각을 잃어 심각한 후유증을 얻습니다. 이러한 척수 손상을 치료하기 위한 약물치료 및 수술요법이 있으나 그 효과가 작고 심각한 부작용이 있습니다. 줄기세포를 이용해 손상된 조직을 재생시키는 '세포 치료제'가 주목받는 이유입니다. 특히 척수를 구성하고 있는 세포 중 운동기능 조절에 중요한 역할을 하는 운동신경 세포는 척수 손상을 치료할 수 있는 유력한 세포 치료제 후보입니다. 하지만 운동신경 세포를 배아줄기세포 및 유도만능줄기세포에서 얻으면 암 발생 가능성이 있어 환자에게 직접 적용하기 힘들었다. 

 

이러한 문제점을 해결하기 위해 김정범 교수 연구팀은 원하는 목적 세포를 피부세포에서 바로 얻는 '직접교차분화' 기법을 이용해 운동신경 세포를 제작했습니다. 환자 피부세포에 두 종류의 유전자를 직접 주입해 세포가 암세포로도 바뀔 가능성이 있는 '만능세포단계'를 거치지 않고 자가(autologous) 운동신경 세포를 만든 겁니다. 이를 통해 기존 줄기세포치료제의 문제점인 면역거부반응과 암 발생 가능성을 모두 해결했습니다. 

  • 유도만능줄기세포(Induced pluripotent stem cells)

이미 분화된 세포를 역분화 기술을 이용해 배아줄기세포와 같은 전분화능을 가진 줄기세포. 2012년 노벨 생리의학상의 주제였습니다. 

  • 직접교차분화(Direct conversion)

다 자란 성체세포를 다른 조직의 세포로 세포운명을 전환시켜 직접 분화하는 방법입니다. 배아줄기세포나 유도만능 줄기세포처럼 모든 세포가 될 수 있는 시기(만능세포)를 거치지 않아서 발암 가능성을 줄일 수 있습니다. 

제1저자인 이현아 UNIST 생명과학과 석・박사통합과정 연구원은 "환자 피부세포에 줄기세포의 성질을 부여하는 유전자인 'OCT4'와 운동신경 세포 성질을 부여하는 유전자 'LHX3'를 단계적으로 주입해 운동신경 세포 기능을 갖는 세포를 성공적으로 만들었다"고 설명했습니다.

 

운동신경 세포 제작법, 대량생산도 가능하다

 

개발된 운동신경 세포 제작법은 대량생산이 가능하다는 장점이 있습니다. 환자 임상치료를 위해서는 충분한 양의 세포가 필요한데 기존의 직접분화기법은 얻을 수 있는 세포 수가 제한적이었습니다. 반면 연구팀 개발한 방법은 세포 자가증식(Self-renewal)이 가능한 중간세포단계를 거치기 때문에 대량생산이 가능합니다. 제작된 세포를 척수손상 실험쥐에 주입한 후, 상실된 운동기능이 회복되는 것과 손상된 척수조직 내에서 신경이 재생되는 것을 확인했습니다.

척수손상 동물모델을 이용한 운동신경세포의 생체 내 특성 및 치료효과 검증. 출처: UNIST
척수손상 동물모델을 이용한 운동신경세포의 생체 내 특성 및 치료효과 검증. 출처: UNIST

김정범 교수는 "기존의 운동신경 세포 제작법이 가진 한계를 극복한 직접교차분화 기술을 개발했다"며 "제작된 운동신경 세포를 척수 손상을 보호하고 세포가 잘 생착될 수 있도록 돕는 치료제인 '슈파인젤'과 결합할 경우 치료 효과를 극대화할 수 있을 것"이라고 설명했습니다. 이어 "척수 손상은 산업 재해에 의한 발병률이 높아 울산에 건립 예정인 산재전문 공공병원과의 시너지 효과도 기대할 수 있을 것"이라고 전했습니다.  

  • 자가증식(Self-renewal)

자신과 동일한 형태와 능력을 가진 세포로 증식하는 능력입니다. 세포를 치료목적으로 사용하기 위해선 세포의 대량생산이 가능해야 하는데, 이때 세포가 자기 특성을 계속 유지하면서 증식하는 것이 중요합니다. 

  • 슈파인젤

1차적으로 염증반응 등으로 인한 외적인 손상을 최소화 해주고 2차적으로는 신경재생을 돕는 역할을 하는 척수 손상 치료제로 김정범 교수 창업기업이 슈파인테라퓨틱스가 개발했습니다. 

 

[연구진사진] 김정범 교수(좌측)과 이현아 연구원. 출처: UNIST
김정범 교수(좌측)과 이현아 연구원. 출처: UNIST

 

 


##참고자료##


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