가톨릭세포치료사업단 뉴스레터 12호

Catholic Institute of Cell Therapy 가톨릭생명윤리를 기반으로 성체세포치료연구에 앞장서겠습니다.

세포치료의 대안, 역분화줄기세포

주지현 교수 - 가톨릭대학교 의과대학 류마티스내과

줄기세포란 다양한 세포로 분화할 수 있는 미분화된 세포로서 무한히 증식이 가능하고 자신을 새롭게 재생산하는 능력(self-renewal)과 다양한 세포와 조직으로 분화되는 분화 능력(pluripotency)을 가지고 있다.

줄기세포는 크게 배아줄기세포, 성체줄기세포, 역분화줄기세포로 분류한다. 배아줄기세포는 수정란을 발생시켜 배반포시기에 내부의 세포 덩어리로부터 얻을 수 있다. 세포의 특성상 줄기세포의 자가재생능력이 뛰어난 것이 장점이지만 배아의 파괴에 따른 윤리적인 문제가 연구의 대중화와 임상 실용화에 걸림돌이다. 성체줄기세포는 이미 발생이 끝난 성체에서 얻을 수 있는 줄기세포로서 지방, 혈액, 골수, 제대혈 등의 다양한 부위에서 얻을 수 있는 줄기세포이다. 성체줄기세포는 배아를 파괴하지 않아도 되기 때문에 생명윤리적인 문제에서 자유로운 편 이지만 분화능력이 배아줄기세포에 비해 제한되어 있고 추출 가능한 세포의 수가 한정적이어서 세포치료제로서 응용에 제한을 받는 경우가 있다. 유도만능줄기세포는 기존의 배아줄기세포와는 달리 성인의 체세포를 다양한 방법으로 역분화를 시켜서 배아줄기세포와 동등한 성격을 갖는 줄기세포를 말한다. 2006년에 일본의 Yamanaka박사에 의해 개발된 후 줄기세포연구에 새로운 흐름으로 자리를 잡았고 이에 대한 공로로 2012년 노벨생리의학상을 수상하였다. 세계적인 줄기세포 연구 선두그룹들은 유도만능줄기세포를 이용한 임상적용에 박차를 가하고 있으며 특히 일본은 유도만능줄기세포 분야를 차세대 산업의 핵심중추로서 지정하여 천문학적인 연구비와 지원을 아끼지 않고 있는 실정이다.

필자는 2013년에 스탠포드대학의 유도만능줄기세포 연구센터에서 연수를 마치고 귀국하여 유도만능줄기세포의 임상응용 관련한 두가지 국가과제를 수주하였다.

보건복지부 2013년도 하반기 보건의료연구개발사업(신기술개발 분야)에서“국제협력을 통해 국제표준에 적합한 한국인 다빈도 백혈구항원형유도만능줄기세포주 생산 및 국가줄기세포은행 기증”이란 연구와 2013년 하반기 미래창조부 한국과학재단으로부터 “자가면역질환 환자의 역분화줄기세포를 이용한 환자특이 인간화자가면역 마우스 모델개발”이라는 연구로 국가과제를 수주하여 유도만능줄기세포를 이용한 연구를 활발히 진행을 하고 있다.

필자의 연구팀은 sendai virus, lentivirus, episomal vector, minicircle등을 이용한 역분화기술을보유하고 있으며 피부세포로부터 말초혈액세포에 이르는 다양한 세포들을 역분화기술을 적용하여 유도만능줄기세포를 생산하고 있는 중이다. 특히 최근에는 자가면역질환 환자의 말초혈액에서 거의 90% 이상 유도만능줄기세포로 분화를 성공하여 세계적인 수준에 도달하고 있다는 평가를 받았다.

2013년 말 독립된 배양실과 저장실을 보유한 환자유래역분화줄기세포은행을 설립하여 환자에서 지속적인 역분화줄기세포주를 생산하고 있으며 15개 자가면역질환, 50개 이상의 줄기세포 클론을 보유하여 자가면역질환을 표방하는 세계 최초의 역분화줄기세포은행으로서 다양한 세포주를 보유한 은행으로 성장하였다.

배아줄기세포연구를 엄격하게 금지하는 가톨릭대학의 입장으로서, 향후 줄기세포 연구의 새로운 방향으로 유도만능줄기세포는 매우 유용하고 발전가능성이 큰 분야로 판단하고 있다. 2005년 황우석박사 사태 이후 천주교 생명위원회에서 배아줄기세포 이외의 줄기세포 연구의 활성화를 위해 전폭적인 투자를 결정하고 매년 많은 지원을 아끼지 않고 있다. 생명위원회의 지원으로 2007년에 만들어진 가톨릭의대의 GMP 세포생산시설은 줄기세포 임상연구의 핵심 시설로 발전하였다. 특히 이 과제에 대한 평가에서 접근이 용이한 가톨릭의대의 우수한 GMP시설이 좋은 평가를 받는 큰 역할을 하였다고 한다.

주지현교수 연구팀은 앞으로 환자유래 역분화줄기세포를 이용하여 환자의 질환을 시험관내에서 재현하는 “disease in a dish”의 개념을 정립하는 것을 단기 목표로 삼고 있다. 이미 류마티스질환과근골격계질환에서역분화줄기세포를 연골세포나 골세포, 면역세포등의타겟세포로 분화를 유도하여 질환의 핵심병리기전을 시험관내에서 밝히는 연구를 진행하는 중이다. 더 나아가 CRISPR등의 유전자 편집기법을 현재 성공적으로 도입하였으며, 이 기법을 유전적인 결함이 있는 줄기세포에 응용하여 결함이 있는 유전자를 직접 교정하여 치료에 응용하는 것을 앞으로 목표로 삼고 있다.

이미지 왼쪽부터

환자유래역분화줄기세포은행
iPSC유도 전용 실험실
iPSC전용 인큐베이터
iPSC관찰 현미경시스템
iPSC보관소
일반실험실

국제세포치료학회(ISCT) 2014컨퍼런스참관기

장재덕 교수 - 가톨릭대학교 의과대학 초빙교수/가톨릭세포치료사업단 세포생산실 실장

ISCT2014 (http://www.isct2014.com/)는 국제세포치료학회 (International Society of Cell Therapy, http://www.celltherapysociety.org/) 주관으로 매년 개최되는 국제 컨퍼런스이며 올 해에는 2014년 4월 23일부터 26일까지 프랑스 파리에서 개최되었다. 국제세포치료학회는 세포치료제 연구개발을 위한 전임상 연구 및 이행성 연구결과를 교류하고 과학적으로 상호 검증하는 관련 국제학회 중 최대규모 학회라고 할 수 있다. 이 번 ISCT 2014는 사전 등록자만 하더라도 총 51개국에서 1032명이 등록한 큰 규모로 진행되었는데 그 중 미국, 영국, 독일, 프랑스를 합하면 50%를 넘어서 이 들 국가에서 세포치료제 연구에 대한 관심이 상대적으로 높음을 알 수 있었다. 또한 가톨릭대학교에서 참가한 인원이 9명이었고 총 6편의 연구내용을 발표했으므로 이는 우리기관의 세포치료에 대한 관심과 역량을 보여준 것이라 할 수 있겠다.

외국에서 개최되는 세포치료관련 국제학회 참가는 관련 주제에 대한 최근의 국제적 동향과 각종 주요 이슈에 대한 선도그룹, 그 분야의 저명한 학자들, 그리고 실제 임상에 세포치료제를 적용해 본 임상연구자들로부터의 최근 연구결과 및 연구주제의 리뷰를 접할 수 있기 때문에 관련 분야 연구자들과 학생들에게 매우 유용할 뿐 아니라 연구기반 및 인적 네트워크를 넓히는 데 활용될 수도 있어서 매우 큰 의미를 부여할 수 있다고 생각한다. 지금까지 연구개발분야에 종사해 오면서 많은 외국 학회와 외국기관을 방문하고 교류하였으나 본 필자에게도 프랑스는 처음 방문 해 본 곳이어서 세포치료기술의 전세계적 동향에 대한 학문적 호기심과 기대뿐 아니라 프랑스의 세포치료 연구개발에 대한 관심 정도도 엿볼 수 있을 것으로 기대되었다. 이번 컨퍼런스는 또한 가톨릭세포치료사업단의 연구 사업 중 하나인 ‘가톨릭 마스터세포의 구축’에 대한 최근까지의 진행경과 발표와 보건복지부 국책과제의 하나로 진행된 ‘강화된 항염증성사이토카인분비능을 보유한 중간엽줄기세포 제조’ 관련 연구결과를 발표하는 기회가 되기도 하여서 더욱 의미가 컸다고 할 수 있다.

세포치료는 19세기부터 시작된 장기이식 및 골수이식 등의 개념으로부터 출발하였다고 생각되며 의약품으로서의 세포치료제 개념이 공식적으로 등장한 것은 20년도 채 되지 않는다고 볼 수 있다. 이 분야의 초기에는 연골재생, 피부재생 등을 위한 체세포치료제의 연구개발 및 상용화가 주를 이루었고 점차 성체줄기세포, 배아줄기세포, 유도만능줄기세포로 관심영역이 확대되어 왔으며 세포의 유전자 조작을 통한 세포기능향상 분야연구도 활발하게 진행되고 있다.

이번 학회에서는 세포치료의 각 분야에서 지금까지의 실적과 개발경과 그리고 앞으로의 전망에 대해 각 분야의 권위있는 연구자들이 발표하고 이에 대해 활발히 토론하는 것을 볼 수 있었다. 현재까지허가받은 세포치료제는 대부분이 자가세포이었으나 동종세포를 이용한 임상건수가 급격히 늘고 있으며 일부 국가에서 품목허가를 받은 경우도 발생하기 시작했고 또한 단순히 체외배양된 세포만으로 질환치료를 달성하지 못하는 분야에 대하여 특정유전자를 도입한 유전자세포치료제 분야도 주목되고 있음을 확인할 수 있었다.또한 세포치료제의 대량생산 기술, 자동화 기술, 세포동결보관기술, 그리고 세포치료의 지역적 한계를 극복하기 위한 세포 보관 및 수송관련기술 또한 뜨거운 주제임을 볼 수 있었고 우태아혈청 및 동물유래 단백질의 사용을 배제하기 위한 제노프리배지 기술, 동물유래 피더층의 사용을 배제하기 위한 각종 코팅제, 목적 세포를 높은 순도로 분리하기 위한 세포분리기술 등도 주요 이슈로 다루어졌다.심혈관계 및 신경계 질환에 대한 세포치료기술은 아직도 초기에 기대했던 만큼의 임상결과를 보이지는 못하고 있었지만 많은 기술발전의 성과를 보여 주었고 앞으로의 전망을 들을 수 있었다.

프랑스 파리라는 고전과 현대가 어우러진 장소에서 개최된 이 번 국제세포치료학회 컨퍼런스는나흘동안 아침 7시 반부터 오후 다섯까지 빡빡한 일정으로 진행되어 몸은 지치고 머리는 무거웠으나 전세계에서 진행되고 있는 세포치료에 대한 첨단기술의 현장을 느낄 수 있는 좋은 계기가 되었고 가톨릭대학교를 포함한 우리나라가 현재 진행하고 있는 세포치료에 대한 연구 및 개발에 좀 더 박차를 가한다면 충분히 이 분야를 선도하는 그룹으로 나설 수 있을 것으로 생각되었다.

서울시 서초구 반포대로 222 가톨릭중앙의료원 의생명산업연구원 기톨릭세포치료사업단