줄기세포 치료와 역분화 iPSC

✔️ 안녕하세요. 메디컬 수시 학종의 교과서 메디컬저널입니다.

❗️ 다양한 혁신 의료 기술들 중 실제로 시간을 거스르는 노화 역전이 가능케 하는 것은 '재생의학' 그 중에서도 줄기세포 치료 기술이라 할 수 있습니다. 줄기세포 치료 방식에 대한 설명, 전문적 지식을 담은 글은 많지만, 고등학생의 수준에서, 차별화된 세특 작성이 가능하도록 고등 교과와 연계하여 분석한 콘텐츠는 메디컬저널이 유일함을 자신합니다.

※ 해당 콘텐츠는 생명과학1 교과 세특 작성이 가능하도록, 세포주기, 세포분열 등의 생명과학1 4단원 내용, 발생과 생장 등의 생명과학1 1단원 내용과 연계하였습니다. 또한 도서의 과정에서 호기심을 느껴 탐구를 진행하였다는 점과 줄기세포 치료 기술은 혁신 의료 기술 중 하나로 꼽히는 것이라는 점에서 진로활동으로도 활용할 수 있을 것으로 생각합니다.

황우석 박사 사건을 들어보셨나요?

✔️ 아마 메디컬저널 콘텐츠를 활용하시는 학생 여러분들이 태어날즈음 혹은 태어나기도 전에 일어난 일이기에 생소할 수도 있지만, 2000년대 대한민국 과학계에서 가장 큰 화제가 되었던 사건이라 할 수 있습니다.

황우석 박사는 당시 '체세포 복제 배아줄기세포' 연구로 세계적인 과학자의 반열에 올랐습니다. 2004년 세계적으로 가장 권위있는 저널 중 하나인 '사이언스'지에 인간의 복제배아 줄기세포 연구를 발표하였고, 2005년에는 더 나아가 환자 맞춤형 복제배아 줄기세포를 얻었다는 연구결과를 사이언스지에 발표합니다.

이러한 업적으로 연일 국내 뉴스의 메인을 장식하였고 온 국민의 관심과 기대를 한몸에 받는 국민 과학자가 되었습니다. 뿐만 아니라 세계적으로는, 황우석 박사는 복제 배아줄기세포의 연구 업적으로 노벨상 수상까지 점쳐지던 상황이었습니다.

(※ 복제배아 줄기세포 기술이 무엇인지는 '탐구내용'과 '진로연계'에서 자세히 다루도록 하겠습니다.)

그러던 중 황우석 박사팀의 연구원들이 연구 결과를 조작한 것이 밝혀졌고, 결국 복제 줄기세포는 가짜라는 것이 드러났습니다. 뿐만아니라 연구원으로부터 난자 제공을 강요하는 등 비정상적인 경로로 얻어진 난자를 연구에 사용하는 비윤리적 연구 행태로도 큰 비난을 받게 되었습니다. 국민 과학자의 몰락 과정 역시 전국민적인 큰 뉴스가 되었고, 그 사건으로 인해 이후 국내 줄기세포 관련 연구들은 국가의 지원을 받지 못한 채 제자리 걸음을 하게 되었습니다.

❗️황우석 박사 사태에 대한 비판이나 평가는 차치하고, 국민 과학자의 반열에 오르고, 순식간에 몰락하는 과정이 전국민적인 큰 주목을 받고 또한 세계적으로는 노벨상의 가능성까지 점쳐졌던 것은 그만큼 줄기세포 치료의 잠재력이 엄청나다는 사실을 의미한다고도 할 수 있습니다. 따라서 이번 탐구에서는 줄기세포 치료가 왜 필요한지, 줄기세포 치료의 정의, 한계와 문제점, 2012 노벨상 수상 업적인 역분화 줄기세포를 비롯한 줄기세포 치료 기술들과 치료제의 현황 등에 대해 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

✔️ <역노화> 도서를 읽으며 도서의 제목처럼, 노화의 역전 즉 다시 젊어지는 것이 실제로 가능할지도 모른다는 생각이 들었고 이를 가능케 할 핵심 기술이 줄기세포 치료를 핵심으로 한 재생의료라는 것을 알게 되었다. 줄기세포는 여러 다른 조직이나 기관으로 분화할 수 있는 능력을 가져 손상되거나 노화된 우리 신체 일부를 새로운 것으로 재생시킬 수 있는데, 우리가 가지고 있는 기존의 세포들은 체세포 분열의 과정을 통해 이러한 분화가 불가능한 것일까? 생명과학1의 4단원에서는 생식세포의 형성과정과 유전병 유무 같은 형질적 측면에서 가족 구성원들 사이의 유전 현상들을 다루지만 그 중간 과정에 해당하는 수정 이후 수정란으로부터 하나의 완전한 개체가 형성되는 발생의 과정은 자세히 다루지 않고 있다. 따라서 이번 탐구에서는 생명과학1 1단원에서 소개하는 생명체의 특성 중 하나인 '발생과 생장', 그리고 4단원의 체세포 분열과 세포주기에 대해 정리하며 인간의 역노화를 가능케 할 핵심 기술인 줄기세포 치료의 현재와 미래에 대해 탐구해보려 한다.

세포주기에 따른 세포의 분류, 재생의료의 필요성

✔️ 긁히거나 베인 피부의 상처는 지혈 과정을 거쳐 시간이 지나며 상처가 아물게 됩니다. 특히 상처가 깊지 않거나 메디폼 등의 습윤 드레싱을 통해 상처를 잘 관리한다면 시간이 지나며 흉터 없이 원래의 피부로 되돌아오게 됩니다.

이는 죽은 세포들이 탈락된 상처의 자리를 새로운 세포들이 메우기 때문인데, 우리가 흔히 새살이 돋는다고 표현하는 이러한 과정을 생명과학1에서는 '체세포 분열'이라고 합니다. 즉 피부 세포들은 체세포 분열을 통해 새로운 세포를 형성하고 새롭게 형성된 세포들은 상처 부위를 재생시킵니다.

❗️그렇다면, 우리 몸은 체세포 분열에 의해 스스로 재생 능력을 가지기 때문에 재생의료가 딱히 필요없는 것이 아닐까요? 문제는, 생명과학에서 배우는 것처럼 우리 인체에는 다양한 종류의 세포들이 존재하며 모든 세포들이 피부세포와 같이 계속해 분열, 증식하는 것은 아니라는 점입니다.

생명과학1과목에서 배우는 것 처럼, 체세포 분열의 주기(세포주기)는 G1 → S → G2 → M기로 진행됩니다. G1, S, G2기를 '간기'라 하며, M기를 '분열기'라 합니다. 이때 주기라는 것은 계속해 반복된다는 것으로 세포들은 계속해 증식할 수 있으며, 노화되어 죽은 세포들을 새로운 세포들이 대체하게 됩니다. (※ G1, S, G2, M 기에 각각 어떤 일이 일어나는 지는 직접 정리해 보시길 바랍니다.)

그런데 실제로는, 위의 주기가 쉴 새없이 계속해 반복되는 것은 아니며, 특히 성장이 멈춘 성인의 경우 체세포 분열의 과정은 필요할 때에만 일어나야 합니다. 간기에는 G1, S, G2기 외에 G0기라는 휴지기가 존재합니다. G0기는 고속도로의 휴게소와 같이 쉬어가는 지점으로 생각할 수 있는데, G0기로 빠져나온 세포들은 세포주기를 통한 분열을 멈추게 됩니다. 만약 상처와 같은 분열이 필요한 상황이 발생할 경우, G0기 세포들은 다시 분열의 신호를 받아 세포주기를 진행하게 됩니다.

❗️그런데, 세포의 종류에 따라 휴지기 G0기에 머무르는 정도가 달라지게 되며, 이러한 세포주기의 양상에 따라 여러 종류의 세포들을 크게 3가지 카테고리로 분류해볼 수 있습니다.

① 불안정세포(labile cell)

불안정세포란 G0기가 거의 없다시피한 세포들로 끊임없이 분열하는 세포들입니다. 끊임없이 분열하는 특성을 지닌 동시에 불안정세포는 수명이 짧아 빠르게 사멸하며 이는 오래된 세포들이 계속해 새로운 세포들로 교체됨을 의미합니다. 이처럼 세포가 교체되는 것을 turnover라 하며, 불안정세포들은 턴오버가 끊임없이 일어납니다. 따라서 불안정세포는 스스로 계속해 재생하는 능력을 가진 세포라 할 수 있으며, 그 종류로는 앞서 살펴본 피부세포와 혈액세포 등이 있습니다.

② 안정세포 (Stable cell)

안정세포란 불안정세포와는 달리 끊임없이 분열하는 것은 아니며 주로 G0기에 머물고 있으나, 조직손상 등의 분열이 필요한 상황에 자극을 받아 신속하게 세포주기로 돌아와 분열을 진행하는 세포를 의미합니다. 대표적인 안정세포의 예시로는 간세포가 있으며, 간이식시 전체 간을 이식하기도 하지만 절제된 간의 일부만을 이식(축소 간이식, 분할 간이식)하기도 하는 것은 간세포가 신호에 의해 다시 재생될 수 있기 때문입니다. 이외에도 신장세포, 혈관내피세포, 평활근세포 등이 안정세포에 속합니다.

③ 영구세포(Permanent cell)

영구세포는 조직이나 기관이 완전히 성숙할 때까지 분열을 진행한 이후에는 분열을 진행하지 않는 세포들을 의미합니다. 영구세포는 G0기에만 머무르며 다시 세포주기를 진행하지 않습니다. 이러한 영구세포의 종류로는 신경세포, 심근세포, 골격근세포가 있습니다.

⇢ 즉, 이러한 영구세포들은 스스로 재생하는 능력이 거의 없으며, 따라서 한 번 손상될 경우 그 기능을 다시 복구할 수가 없습니다. 대표적 질병으로서 신경세포 뉴런이 손상되어 발생하는 파킨슨병이나 알츠하이머병의 경우 한번 퇴행된 신경세포를 재생시킬 수 없기 때문에 대표적인 난치병으로 꼽히는 질병들입니다. 마찬가지로 심장 역시 급성심근경색에 의해 오랫 동안 심장이 혈액을 공급 받지 못하는 경우 심근세포의 괴사가 일어나고 이는 되돌이킬 수 없는 심장 기능의 소실을 일으킬 수 있습니다.