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2012년 3월호

줄기세포와 재생의학
  글·강경선 (서울대학교 수의과대학 교수)
줄기세포는 우리의 몸에 손상 받은 장기나 조직을 복원 및 재생해주는 주요한 세포다. 또한 생체 내에서 스스로 복제하면서 일정한 수를 유지하고 있다가 외부의 신호, 즉 우리 몸이 상처나 손상 받았다는 것을 알아내고는 손상 받은 것을 복원 재생하는 일을 담당하고 있는 건축가인 세포이다.

인간의 수명이 옛날에 비해 두 배 정도 늘어난 것이 사실이다. 우리나라 국민의 평균 수명이 80세 내외이고, 우리주변에 100세 이상 되시는 분을 찾아보는 것이 그다지 어려운 현실이 아니다. 그러나 평균수명이 80세이지만 이것이 실제로 80세까지 건강하다는 것을 의미 하는 것은 아니다. 통계에 의하면 우리나라의 건강 수명은 60세로, 평균수명과 20여 년의 차이가 난다. 이러한 통계적 차이의 의미는 무엇일까? 답은 한 20년 정도는 죽을 때까지, 어딘가가 아파 고통 받다 죽는다는 것이다.

최근 노령인구의 증가로 인해 이들 인구들의 건강문제를 해결할 의학적 방법이 요구되는데, 이러한 요구에 부응하고 있는 것이 바로 줄기세포분야이다. 최근 줄기세포 분야는 정말로 빠르게 발전하고 있다. 미국의 위스콘신 대학의 제임스 톰슨이 90년대 말에 인간 배아줄기세포를 만들어 이들 세포가 무한한 조직 복원 능력이 있음을 보였으나 커다란 문제점을 가지고 있었다. 즉, 인간의 난자를 이용해야 함과 더불어 “배아”가 잠재적인 인간으로서 존중되어야 하는 존재로서 윤리문제 및 종교적 문제에 봉착하였었다.

윤리적인 문제는 차치하고라도 배아줄기세포는 학문적으로 그 사용에 큰 문제점을 안고 있다. 배아줄기세포는 기형종(teratoma)이라고 하는 암을 발생하거나 생체 내 이식시 분화조절이 안되어 원하지 않는 것을 만들어 내거나 하기 때문에, 즉 그 안전성(safety)을 극복해야만 하는 난제를 가지고 있어서 실제 사용이 아직도 어려운 상황이다.

2010년도 들어 미국의 대표적인 줄기세포 생명공학회사인 제론사가 세계최초로 배아줄기세포를 분화해서 만든 희돌기세포(oligodendrocyte)를 이용한 척수손상환자 치료를 위한 상업화 임상시험(IND clinical trial Phase I)을 정식으로 미국FDA(식약청)로부터 승인 받아 세계를 놀라게 했다. 그러나 2011년 말 제론사는 임상시험 환자 4명에 투여한 후 원래 10명을 대상으로 임상시험을 하기로 되어 있었으나, 임상시험을 중단함과 동시에 제론사가 지금까지 10년 이상을 추진해온 배아줄기세포연구 및 사업을 포기한다고 폭탄선언을 하여 세계를 다시 한번 깜짝 놀라게 하였다.

그 이유는 경제적인 이유 즉 돈이 없다는 것이었는데, 이것은 표면적인 이유이고 실제로는 투여한 환자에서 효과가 없었을 것으로 추정된다. 환자에게서 효과가 있었다면 많은 투자자들이 투자를 했을 것이다. 이것은 바로 배아줄기세포의 한계점을 단편적으로 보여주는 좋은 예이다. 위에서 언급한 대로 배아줄기세포를 환자에게 직접 주입하지 못하기 때문에, 배아줄기세포를 특정세포로 분화유도해서 암 발생 등의 문제점을 극복하려 시도했으나, 실제로 그 효과가 줄기세포처럼 나타나지 않은 것이다. 물론, 이 부분에 대해서는 결론을 내리기에 앞서 좀 더 많은 연구들이 필요하다.

반면에, 성인의 몸에 존재하는 “성체줄기세포”는 암 발생이 되지 않으며, 줄기세포자체를 환자에게 주어도 문제가 없는 것으로 확인되고 있고, 전 세계적으로 4,000여건이 정식으로 정부의 승인을 얻어 상업화 임상이 전 세계적으로 진행되고 있다.   

2010년 7월 1일, 우리나라는 세계최초로 심근경색치료를 위해 인간 골수유래 줄기세포에 대한 시판 허가를 내주어 다른 의약품처럼 의사가 처방을 내릴 수 있는 의약품이 나왔고, 올 초에 2건의 줄기세포 제품이 승인이 되었다. 이들 모두 성체줄기세포인 것이다. 이러한 성체줄기세포의 효능에 대해서는 좀 더 지켜봐야겠지만, 줄기세포치료제가 먼 훗날의 이야기가 아니라 현재 우리가 살고 있는 시대에 이용할 수 있는 기술이고, 앞으로 더욱더 일정 분야에서 중요하리라 생각되며 그 쓰임새도 다양해질 것으로 예상된다.

한편, 줄기세포분야에 관한 한 한국이나 미국, 유럽 등에 다소 기술이 뒤쳐져 있던 일본에서 세계를 깜짝 놀라게 한 줄기세포분야의 기술이 나오게 되었다. 줄기세포분야의 발전 역사를 남성과 여성의 시대로 역사적 흐름으로 분석을 해보면, 제 1세대(1 G)는 배아줄기세포를 만들어 내기 위해서는 여성의 난자와 남성의 정자가 다 필요한 시대라 할 수 있다. 즉 여자와 남자가 줄기세포제작을 위해 모두 필요한 시대가 제 1세대이다.

제 2세대(2 G)는 복제양 돌리로 대변되는 체세포 복제기술을 말한다. 이는 남성이 필요 없이 여자의 난자만 있으면 줄기세포를 만들 수 있으니 이는 바로 줄기세포의 “여성상위시대”라 일컬을 수 있다.

제 3세대(3 G)는 바로 일본의 교토대학의 신야 야마나까 교수가 사람의 체세포를 이용하여 ‘여성의 난자와 남성의 정자 모두가 필요 없이’ 시험관 내에서 배아줄기세포를 만들어 내어 세계를 놀라게 한 것을 말한다. 이는 생물학 교과서를 다시 써야 하는 “유도만능줄기세포” 시대를 열었다. 이것은 정말로 획기적인 기술로 아마도 줄기세포분야에서 노벨의학상이 나온다면, 바로 야마나까 교수가 수상자가 될 것이라 본 필자는 믿어 의심치 않는다.
그러나 이러한 “유도만능줄기세포”는 배아줄기세포가 가지고 있는 윤리적인 문제점을 깨끗이(?) 해소하였으나, 배아줄기세포가 가지고 있는 문제점인 환자에게 이식시 암 발생과 분화조절이 안된다는 동일한 문제점을 가지고 있고 효율이 매우 낮은 것이 단점으로 지적되고 있다.

한편, 환자를 치료하기보다는 유전적 질환을 가지고 있는 환자의 체세포를 이용한 유도만능줄기세포의 제작은 “환자맞춤형의약품”의 개발을 위한 스크리닝 툴(TOOL)로 매우 유용할 것으로 기대된다.

제 4세대(4 G) 는 2010년도 들어와서, 미국의 스탠포드대학의 마리우스 워닝 교수팀은 유도만능줄기세포가 배아줄기세포와 마찬가지의 문제점이 있는 것을 극복하기 위해, 인간의 피부로부터 체세포를 분리하여 이를 직접 원하는 신경세포로 분화유도하는 “직접분화법(direct reprogramming)”을 개발하여 세계를 놀라게 했다. 제 4세대에 와서는, 이제는 줄기세포가 필요 없이 체세포를 그냥 이용할 수 있는 가능성을 보여준 사례라 할 것이다.
따라서 이제 줄기세포분야도 아이폰(i phone)과 같이 4G 시대에 살고 있다. 그러나 4G도 결과적으로 줄기세포를 이용하는 것이 아니라 특정의 분화된 세포를 이용하기 때문에 실제로 생체 내에 이식이 되었을 때 손상된 조직을 제대로 복원하고 생체 내 환경, 즉 염증상태 등을 조절할 수 있을까 하는 의문이 들며, 위에서 언급했듯이 특정세포로 분화된 세포를 이용시 그 효과 면에서 상당히 한계가 있다.

그러므로 줄기세포연구가 4G까지 버전업(version up) 되었을지라도 생체 내 환경을 바꾸어 주고 손상된 세포나 조직을 복원하려면, 바로 성체줄기세포를 이용한 방법이 여전히 매우 유용하리라 생각된다. 성체줄기세포분야에서 지금까지는 줄기세포자체만을 환자에게 주는 시대였다면, 차세대 성체줄기세포는 줄기세포의 효율을 높일 수 있게 특정의 유전자를 탑재한다든지, 아니면 환자의 염증상황을 완화하는 의약품과 동시 또는 줄기세포 투여 전 투여하는 방식으로 이뤄질 것이다. 즉 복합투여를 위한 “줄기세포-유전자 복합치료시대”나 “줄기세포-의약품 복합치료” 방식의 차세대 줄기세포치료술이 개발됨으로써 줄기세포의 효능이 많이 개선될 것으로 기대된다.
세계 재생의학시장이 고령화와 삶의 질 향상으로 인하여 빠른 속도로 또한 무한대로 커지고 있다. 현재 연평균 25%의 놀라운 성장을 하고 있는 산업분야이다. 다른 어떠한 분야에서 찾아보기 어려운 성장세이다. “재생의학”은 바로 손상된 장기나 조직을 복원하는 기술과 과학인데 재생은 인간이 노화되면서 잘되질 않는다. 즉, 어린 손자의 경우 다리뼈가 부러지면 2~3주 안에 원래대로 재생이 잘되는 반면에, 할아버지는 다리뼈가 부러지면 회복되는 데 1~2달 걸린다.

그러면, 왜 노화와 관련하여 재생이 안되는 것일까? 위에서 언급했듯이 재생과 관련한 것이 바로 줄기세포인데 노화와 더불어 줄기세포의 기능과 숫자가 줄어들기 때문이다. 이러한 이유 때문에 최근 들어 인간의 노화 현상을 줄기세포의 관점에서 해석하려는 시도가 있는데, 바로 줄기세포의 노화가 바로 인간의 노화를 촉진하는 것으로 밝혀지고 있다. 이러한 것을 증명할 수 있게 2012년도에 재미있는 연구논문 한 편이 발표되었다. 즉, 늙은 쥐에 젊은 싱싱한 줄기세포를 주었더니 그 쥐가 다른 쥐보다 노화를 억제하고 더 오래 살았다는 것이다. 이러한 결과로 볼 때, 줄기세포분야가 비단 재생의학이나 난치병 치료를 위한 것뿐만 아니라 우리의 노화를 지연내지는 건강하게 잘 늙을(well-aging) 수 있는 실마리를 주는 것일 수 있다.

이러한 이유로 줄기세포와 재생의학 분야가 정보통신 산업을 이을 차세대 국가의 먹거리 창출 산업으로 인식되어 여기에 세계 선진국들이 앞을 다투어 투자하고 있다. 때를 맞추어 우리나라 정부도 이러한 인식하에 2012년도 줄기세포연구 예산으로 1,004억원을 투자하기로 결정하였다. 이것은 전년도 대비 2배에 해당하는 것이다. 이번 투자예산이 우연히 “1,004”억이 되었겠지만 필자는 나름대로 “줄기세포 천사(1004)” 프로젝트라 명명하면서 “줄기세포천사”로 인해 질병으로 고통 받는 많은 분들이 혜택을 받기를 소망한다.

끝으로 요즘 건강에 관심이 많아 운동을 위해 휘트니스센터에 많이들 가는데, 몸만 단순히 휘트니스 하지 말고 이제는 여러분들의 몸에 존재하는 줄기세포를 휘트니스 할 때임을 제안하면서 글을 마친다.




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