1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

이번 Cell 논문은 배아줄기세포의 파킨슨병 임상 적용에 필수적인 유효성과 안전성의 핵심 난제들을 해결하기 위해 20년 이상 축적해 온 기초·비임상 연구가 임상 단계에서 하나의 완결된 성과로 이어진 결과물로, 연세대 세브란스 병원에서 12명(저용량 6명, 고용량 6명)의 파킨슨 환자를 대상으로 수행한 임상 시험 1년 결과를 보고한 것이다. 배아줄기세포를 이용하여 파킨슨병에 적용한 것은 아시아 최초이고 세계 2번째 임상 연구 결과이다.

파킨슨병은 중뇌 흑질부의 도파민 신경세포가 소실되어 발생하는 신경퇴행성 질환으로 운동 기능 저하, 보행 장애, 근육 경직 등의 다양한 증상을 유발한다. 현재 레보도파 등의 약물이나 뇌심부 자극술로 증상을 완화시킬 수는 있지만, 시간이 지남에 따라 효과가 감소하고 부작용이 발생하며, 잔존 도파민 세포도 계속 소실된다. 따라서 새로운 도파민 세포를 공급하는 근본적 치료법이 필요한 실정이다.

이번 임상 1년차 결과에서, 이식 세포와 관련된 종양원성이나 다른 안전성 문제가 생기지 않았다. 또한 운동 기능 지표를 정량한 결과, 객관적 운동성 측정지표 MDS-UPDRS part III(off) 기준 저용량 그룹은 평균 12.7점, 고용량 그룹은 평균 15.5점 개선되었다. 그 외 삶의 질과 일상 기능 역시 유의하게 향상되었고, 약효소진현상(wearing-off)은 12명 환자 모두에서 개선되었다. 보행동결(freezing of gait)은 저용량에서 80%, 고용량에서 100% 환자가 사라지거나 호전되었다. 영상학적으로는 ¹⁸F-FP-CIT PET에서 posterior putamen의 도파민 수송체(DAT) 신호가 고용량군에서 평균 +10.7% 증가해, 이식 세포의 기능적 생착을 시사하는 결과를 얻었다.

파킨슨병이 중뇌 도파민 세포 소실 때문에 생긴다는 것에서 힌트를 얻어 배아줄기세포에서 순도 높은 도파민 세포를 생산할 수 있다면 파킨슨 병을 근본적으로 치료할 수 있다는 생각을 연구 초창기 가지게 되었다. 하지만 (1) 고효율·고순도의 도파민 신경세포 분화기술 개발, (2) 세포치료제의 안전성 확보(종양원성 제거), (3) 임상적 효능 입증 등의 결과들을 얻기까지 20년 이상의 긴 기간이 필요했다. 환자에 이식 후 1년 임상 결과는 다른 국제팀 보다 우수한 Best-in-Class 수준임을 입증한 결과이다. 이러한 결과는 본 연구자가 2006년부터 국가 줄기세포사업단인 세포 응용연구사업단 단장을 맡아 한국의 줄기세포 연구를 이끌면서 한국 줄기세포 연구의 위상을 높이고, 재생 의학 분야에서 세계적 리더십을 확보하고자 추진해온 장기 계획의 결실이기도 하다.

본 연구팀은 2008년 배아줄기세포에서 세계 최고 수율(86%)의 신경세포 분화기술을 개발하였고, 이후 2010년 모든 전분화능 줄기세포(hESC 및 iPSC)에 보편적으로 적용 가능한 고수율 신경세포 분화 표준화 기술을 확립했다. 이 기술은 세포 투과성이 뛰어난 저분자화합물 두 가지(SB431542과 Dorsomorphin)를 사용하여 Activin/Nodal 및 BMP 신호전달 경로를 강력히 제어함으로써, 모든 전분화능 줄기세포주에서 중배엽과 내배엽 분화를 차단하고 신경외배엽으로의 선택적 분화를 유도하는 것으로, 국제줄기세포 포럼에서 표준화 기술로 채택되었다. 이는 EB based 방법인 바 연구자 누구나 손쉽게 고효율 신경 분화를 달성할 수 있는 토대가 마련되었고 이러한 누구나 재현 가능한 쉬운 기술적 특징들이 국제 표준으로 선정되는 이유가 되었다. 이와 더불어 신경세포 대량 생산 방법의 확립과 잔존하는 미분화 세포로 인한 종양원성 위험을 제거하는 기술들을 순차적으로 개발하였다. 최종 개량된 분화 기술은 99% 이상의 고순도 도파민 신경세포를 생산하는데 성공하였고 Cell Stem Cell(2024)에 보고되었다. 이러한 기술들이 이번 임상을 성공으로 이끄는데 중요한 역할을 하였다.

본 연구팀이 개발한 국제 표준화 신경세포 분화기술은 파킨슨병과 척수손상을 넘어 뇌졸중, 치매, 루게릭병 등 다양한 신경퇴행성 질환의 세포치료제 개발로 확대될 것으로 전망하고 있다. 이미 척수손상 세포치료제는 식약처의 임상시험 승인을 획득했으며 현재 임상이 진행 중이다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

이번 임상 연구는 세브란스 병원(신경외과와 신경과)에서 수술 및 임상 업무를 수행하였고, 에스바이오메딕스와 연세대 의대가 임상시험 물질의 생산 및 공급, 그리고 임상 진행을 총괄하는 등 여러 기관의 긴밀한 협력으로 얻은 성과이다. 본 임상 시험의 스폰서인 ㈜에스바이오메딕스는 세포치료제 관련 기반기술을 통해 재생의료용 바이오 의약품을 연구/개발하는 기업이며, 기존의 의료기술로 치료가 불가능한 난치성 질환을 타겟으로 하여 더욱 안전하고 효과적인 근본적 치료기술을 개발하고자 노력하는 회사이다. 2개의 원천 플랫폼 기술(배아줄기세포 분화 표준화 기술과 3D 세포 스페로이드 구현 기술)과, 7개의 파이프라인을 보유하고 있으며 현재 4개의 후보물질이 임상 시험에 진입해 있다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

20년 이상 수행한 기초연구가 임상으로 이어져 실제 환자 치료까지 연결된 것에 큰 자부심 느낀다. 이러한 기술을 바탕으로 아시아 최초이자 세계 두 번째로 배아줄기세포 기반 파킨슨병 세포치료제 임상 시험을 실시하고, 국제적으로 경쟁력 있는 우수한 임상 결과를 도출했다는 점에 큰 자부심을 느낀다. 특히 이번 임상에서 도파민 세포 이식 후 탁구나 배드민턴과 같은 운동을 다시 할 수 있게 된 환자, 오케스트라 지휘를 다시 하게 된 환자, 그리고 자주 넘어지다 동네 축제를 다시 즐기게 된 환자의 사례를 통해, 기초 및 임상 연구가 환자의 삶의 질을 실질적으로 개선할 수 있음을 확인하며 연구자로서 큰 보람을 느낀다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

바이오 분야의 기초 연구와 이를 활용한 바이오의약품 개발은 인내와 끈기가 필요한 장기적인 여정이다. 수많은 실패에도 좌절하지 않고, 자신의 연구가 궁극적으로 환자에게 미칠 긍정적인 영향을 상상하며 도전 의식을 잃지 않는 것이 가장 중요하다. 또한, 생명과학 외에도 AI, 공학 등 다양한 분야와의 융합적 사고를 통해 혁신적인 아이디어를 발굴하고, 국제적인 협력 네트워크를 적극적으로 구축하며 시야를 넓혀가는 일이 필요하다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재까지의 임상 결과를 토대로 볼 때 도파민 신경세포 대체를 통한 근본적 치료가 실제 가능함을 보여주고 있으며, 이는 신경퇴행성 질환의 치료 패러다임을 약물에 의한 증상 조절에서 세포 대체 기반의 근본 치료로 전환시키는 결정적 근거가 될 것으로 본다. 향후 후속 임상을 통해 전 세계 파킨슨병 환자들을 위한 세포치료제 개발에 더욱 힘쓸 계획이다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

이번 연구가 무사히 마무리될 수 있도록 도와준 모든 논문 저자들과 에스바이오메딕스 파킨슨 임상 관련 팀원들에게 고마운 마음을 전하고 싶고, 또한 임상에 참여하신 환자분들과 그들의 가족들에게도 감사한 마음을 전하고 싶다.