줄기세포 및 재생의료 기술의 현황과 발전 방향, 그리고 장기 부족 문제 해결을 위한 이종장기 기술의 중요성 doc_id PCY_201504220915095011_3

줄기세포기술, 조직 재생기술이 상용화로 연결되기 위해서는 target 질환 또는 조직손상을 중심으로 임상적용을 전제로 하는 실용화 개발단계(중개연구, 임상적용) 지원이 필요하며, 재생의료 분야는 선진국의 개발 경쟁이 치열한 분야이므로 글로벌 경쟁력을 확보하는 것이 매우 중요하다. 또한, 난치성 질환 극복을 통한 국민 삶의 질 향상에 기여할 수 있는 기술이며, 치매, 당뇨병, 심근경색 등 난치성 질환 치료를 위해 재생의학적 관점에서 근본적 치료방안을 모색할 수 있다. 재생의료 분야의 국내 기술 경쟁력은, 미국 내 관련 특허 점유율이 0.6%로서 세계 12위 수준이며, 주요 연구자의 수적인 면에서도 미국, 스위스, 오스트레일리아, 캐나다와 함께 상위 5개국에 포함되는 것으로 평가되고 있다. 이에 보건복지부는 (舊)과학기술부 주관 범정부 차원으로 수립된 「줄기세포연구 종합추진계획」에 따라 2007년부터 줄기세포연구의 연차별 시행계획을 수립하고 이를 시행하여 오고 있다. 2013년도 보건복지부 줄기세포 투자 금액은 448억 원으로 참여 부처 전체 중 44.7%로 가장 많은 금액을 투자하고 있다. 줄기세포 투자의 추진방향은, 기초연구 성과의 임상 활용성을 높이기 위한 줄기세포 중개연구를 지원하고, 임상적 근거확보 및 실용화 성과를 조기에 창출하기 위하여 지원, 국립줄기세포」재생센터 건립을 통한 연구 인프라를 구축 및 제공하는데 중점을 두고 있다. 시행 사업으로는, ʻ첨단의료기술개발ʼ 사업 중 줄기세포연구 일부 분야를 현재까지 지원하여오고 있으며, 만성병관리기술개발(舊질병관리연구지원), 선도형특성화연구, 줄기세포은행 운영 및 표준화 기반구축, 줄기세포재생연구센터 건립, 줄기세포주 등록 체계 구축·운영, 생명윤리 및 안전정책 사업을 통하여 지원하여오고 있다. 줄기세포는 인체의 조직에 있는 성체줄기세포와 발생단계의 배반포에서 분리하여 in vitro 환경에 적응시킨 배아줄기세포로 나누어 질 수 있다. 배아줄기세포는 인체를 구성하는 모든 세포로 분화할 수 있는 전분화능을 가지고 있기 때문에 만능줄기세포로도 불린다. 2006년 일본의 Shinya Yamanaka는 섬유아세포에 4개의 유전자를 도입함으로써 세포의 운명을 리프로그래밍시켜 유도만능줄기세포 (induced pluripotent stem cells, iPSCs)를 만들 수 있는 발견을 하였고, 이러한 공로로 2012년에 노벨 생리의학상을 수상하였다. iPSC 기술은 세포체학 및 재생의학분야에서 패러다임을 전환하는 기술로 여겨지고 있으며 google scholar기준 현재 8,500여 건의 인용도를 보이고 있다. 최근에는 이러한 리프로그래밍 기술을 응용하여 iPSC의 생성없이 직접 목표하는 세포로 세포를 전환시키는 직접교차분화(direct conversion, direct reprogramming, transdifferentiation) 기술이 새롭게 주목을 받고 있다. iPSC를 제작하는 전통적인 방법인 virus vector의 경우 세포의 염색체에 삽입되는 문제가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해서 현재까지 단백질, mRNA, miRNA, episomal vector등을 사용하는 방법들이 개발되어져 왔다. 2013년 중국의 Hongkui Deng 그룹은 최초로 유전적인 물질없이 7개의 화합물만을 이용하여 iPSC를 제작할 수 있음을 보여주었다. 비록 생쥐의 세포를 이용한 것이지만, 곧 인간세포에서도 성공할 수 있을 것이라는 전망하게 한다. iPSC를 제작하는 효율은 인간의 경우 평균 0.01%로 매우 낮기 때문에 이를 증진시키기 위하여 다양한 화합물과 추가적인 유전자등을 활용하는 방법들이 개발되어져 왔다. 이스라엘의 Jacob Hanna 그룹은 2013년의 논문에서 Mbd3라는 유전자의 기능을 손실시켰을 때, iPSC의 효율이 거의 100%에 이를 수 있음을 보여줌으로써 iPSC의 실용성을 극대화했다는 평가를 받고 있다. 일본은 iPS 기술을 바탕으로 세계 줄기세포연구개발 및 산업화를 선도하기 위한 계획을 진행 중이며, 미국의 경우 탄탄한 기초연구를 바탕으로 줄기세포 전분야에 걸쳐 연구개발을 진행하고 있다. 특히, 중국은 최근 줄기세포를 비롯한 과학기술에 대한 집중적인 투자를 진행 하여 그로 인한 성과를 뚜렷하게 보이고 있다. 우리나라는 주요 국가들에 비하여 줄기세포 연구개발이 다소간 지체된 만큼, 우리가 역량을 발휘할 수 있는 분야를 선정하여 원천기술을 확보하는 목적 지향의 중장기적인 전략을 추진할 필요가 있다. 현재 성체줄기세포 분야는 최초로 치료제 허가를 낸 만큼 적극적인 지원을 통하여 효능에 대한 국제적 인증을 받고 관련 산업의 국제적인 초기시장을 선점할 수 있도록 해야 하며, 리프로그래밍 기술의 경우 산업화를 위한 기본 기술의 개발이 거의 완성단계에 이른 만큼 이를 활용하는 기술에 주안점을 두어야 할 것이다. 특히, 환자의 세포를 이용한 in vitro 질환 모델의 경우 생명의료연구의 획기적인 전환을 유도할 것으로 전망되는 만큼, 이를 활용하기 위한 분화기술 연구개발과 신약개발에 활용하기 위한 협력방안을 모색할 필요가 있다. 국내외적으로 장기이식 대기자 수는 매년 증가하고 있는데 반해 장기공급은 제한적이다. 국내에서 장기이식을 대기 중인 환자는 2000년 이후 계속적으로 증가하여 2011년에는 약 22,000 명에 이르고 있다. 증가하는 수요량에 비해 장기 기증을 희망하는 사람의 수는 저조하여 대기 중인 환자 수가 늘어가고 이식 대기 중에 사망하는 환자 또한 증가하고 있는 실정이다. 이 같은 현상은 미국을 비롯하여 전 세계적으로 나타나고 있다. 특히 국내에서는 성인병의 증가, 고령화, 유교문화, 핵가족화의 영향으로 외국보다 이식 장기의 수요와 공급의 불균형 현상이 심각하다. 이러한 결과로 불법 장기 매매가 성행하고 있으며, 최근에는 국내보다 의료기술 수준이 낮은 외국에서 장기이식을 받는 사례가 증가하여 심각한 사회문제를 일으키고 있다. 사람에게 제공될 장기를 공급하기 위해서는 사람과 생리적인 면에서 유사점이 많아야 하고, 또한 대량 공급을 위해 번식이 잘 되어야한다. 사람과 가장 유사한 영장류는 그러나 번식에 오랜 시간이 걸리고, 사람에게 치명적인 바이러스를 보유할 위험이 있으며, 전 세계적으로 희귀동물로 지정되었기 때문에 이종장기 제공 대상에서 제외되었다. 현재는 미니돼지를 가장 많이 사용하고 있는데, 인간과 비슷한 크기의 장기를 갖고 있으며, 생리적으로 유사점이 많다. 또한 어미 1두가 연간 20마리 이상의 새끼돼지를 생산할 수 있어, 이식용 장기의 대량공급이 가능하여 이식 대기시간이 단축된다. 간염이나 AIDS 바이러스와 같은 치명적인 감염원의 회피가 가능하기 때문에 미리 철저한 분석과 계획 하에 이식수술을 받을 수 있다. 미니돼지를 이용할 때의 문제점으로 돼지 세포 표면에 존재하는 당(sugar)에 의한 초급성 면역거부 반응이 대두되었으나 유전공학기법을 이용한 형질전환돼지 생산이 가능하게 됨으로 인해 이를 극복할 수 있게 되었다.