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'척수 마비'치료하는 '세포 치료제' 나왔다!
의학약학 UNIST (2020-06-29)

몸체를 지탱하는 척추 뼈 안에 있는 신경조직인 ‘척수’는 한 번 손상을 입으면 회복하기 힘들다. 그런데 최근 피부세포에서 얻은 운동신경 세포로 척수 손상을 치료하는 연구가 발표돼 주목을 받고 있다. 교통사고나 산업재해와 같은 사고로 인한 척수 손상뿐만 아니라 운동신경 세포가 파괴되는 루게릭병과 같은 질환도 치료할 길이 열렸다.

 UNIST 생명과학부의 김정범 교수 연구팀은 피부세포에 유전인자 두 종을 주입해 척수를 구성하는 ‘운동신경세포’를 제작하는 데 성공하였다. 동물실험에서 제작된 운동신경 세포의 손상 재생능력을 확인했으며 임상 적용을 위해 필요한 세포를 대량으로 생산할 수 있어 상업화 가능성이 밝다.

 척수는 뇌의 신호를 사지로 전달하거나 역으로 신체에서 느낀 감각을 뇌로 전달하는 신호수 역할을 한다. 따라서 척수가 손상되면 운동기능이나 감각을 잃어 심각한 후유증을 얻는다. 이러한 척수 손상을 치료하기 위한 약물치료 및 수술요법이 있으나 그 효과가 작고 심각한 부작용이 있다. 줄기세포를 이용해 손상된 조직을 재생시키는 ‘세포 치료제’가 주목받는 이유다. 특히 척수를 구성하고 있는 세포 중 운동기능 조절에 중요한 역할을 하는 운동신경 세포는 척수 손상을 치료할 수 있는 유력한 세포 치료제 후보이다. 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 제작했다. 환자 피부세포에 두 종류의 유전자를 직접 주입해 세포가 암세포로도 바뀔 가능성이 있는 ‘만능세포단계’를 거치지 않고 자가(autologous) 운동신경 세포를 만든 것이다. 이를 통해 기존 줄기세포치료제의 문제점인 면역거부반응과 암 발생 가능성을 모두 해결했다.

 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 설명했다.

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

 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 설명했다. 그는 이어 “척수 손상은 산업 재해에 의한 발병률이 높아 울산에 건립 예정인 산재전문 공공병원과의 시너지 효과도 기대할 수 있을 것”이라고 전했다. 

 이번 연구는 중소벤처기업부의 지원을 받아 김정범 교수의 창업기업인 ‘(주) 슈파인세라퓨틱스’와 공동으로 진행했다. 연구 성과는 유럽분자생물학회의 저명한 학술지 ‘이라이프 (eLife)’ 온라인판에 6월 23일자로 발표됐다.

 (논문명: Sequentially induced motor neurons from human fibroblasts promote locomotor recovery in rodent spinal cord injury model )

운동신경세포 제작 과정과 척수손상 동물실험에서 치료 효과 검증

그림1. 운동신경세포 제작 과정과 척수손상 동물실험에서 치료 효과 검증.
(위) 피부세포에 두 가지 유전자 OCT4와 LHX3를 단계적으로 주입하여 운동신경 세포를 제작하는 직접교차분화 기술 모식도.
(아래) 자가증식 가능한 중간세포를 거쳐 세포치료에 필요한 충분한 양의 운동신경 세포를 획득할 수 있고, 제작된 세포를 척수 손상 동물모델에 이식하여 생체 내 치료 효과 검증. 상실되었던 뒷다리의 운동기능 개선과 조직 및 신경의 재생을 확인.

척수손상 동물모델을 이용한 운동신경세포의 생체 내 특성 및 치료효과 검증

그림2. 척수손상 동물모델을 이용한 운동신경세포의 생체 내 특성 및 치료효과 검증.
(A) (위) 세포 이식 후 회복된 뒷다리 모습 (아래) 척수손상 후 뒷다리 기능이 상실된 대조군에 비해 운동신경 세포 이식 한 쥐에서는 뒷다리 운동기능이 향상된 것을 행동 분석(BBB test)한 결과. 
(B) 운동신경 세포 이식 후 회복된 척수조직의 모습
(C) (위)척수 손상 동물모델의 척수손상 부위에 제작한 운동신경 세포(초록색)를 이식한 결과, 이식된 세포가 주변 신경세포와 연결되어 신경재생을 돕는 것을 확인. (아래) 신경전달에 필수적인 미엘린 수초를 형성 할 수 있는 주변 희소돌기아교세포(빨간색)가 이식된 운동신경 세포를 감싸 조직 재생을 유도하고 있는 모습.

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