[Science] 수정란이 필요없는 유도만능 줄기세포, 난치병 치료 '구세주' 될까

환자 자신의 체세포로부터 줄기세포로 역분화… 윤리적 문제 없어

올해 노벨 생리의학상 수상자는 영국의 로버트 에드워즈 박사가 선정됐다.

에드워즈 박사는 여성의 난자를 체외에서 수정시킨 후 다시 자궁에 착상시키는 시험관 수정(IVF) 기술을 개발한 공로로 상을 수상하게 됐다.

사람을 포함한 모든 동물에서는 체내든 체외든 난자와 정자가 만나 수정이 이뤄진다.

그러면 하나의 세포인 수정란이 만들어지고 이 하나의 세포가 세포분열을 통해 수많은 세포를 만들게 된다.

인간의 경우 태어나자마자 약 3조개까지 세포가 분열되고, 이후 어른이 되면 세포가 약 60조~100조개가 된다.

이들 세포는 뇌세포 심장세포 안구세포 피부세포 적혈구 백혈구 등 250여종의 다양한 세포로 변하게 되는데 이것을 세포의 분화라고 한다.

수정란은 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 전능성을 가지는 데 비해 분화된 세포는 더 이상의 분화능을 상실하게 된다.

하지만 1962년 영국의 존 구든 박사의 개구리 복제나 1996년 영국의 윌머트 박사와 캠벨 박사의 양 복제 등을 통해 분화된 세포로부터 핵이 다시 전능성을 가지도록 리프로그래밍 될 수 있음이 밝혀졌다.

그리고 2006년 일본의 신야 야마나카 박사는 분화된 세포로부터 유도만능줄기세포를 생산함으로써 윤리적으로 문제가 없는 줄기세포 치료제 개발이 가능함을 보였다.

줄기세포에는 배아줄기세포와 태아줄기세포，성체줄기세포，유도만능줄기세포가 있다.

성체줄기세포와 태아줄기세포는 쉽게 구할 수 있는 장점이 있어 그 효용성이 넓으나 수가 제한적이어서 사용에 한계가 있다.

생명이 시작되는 수정란에서 유래되는 배아줄기세포는 우리 몸을 이루는 모든 세포를 만들 수 있으며 그 수를 무한으로 불릴 수 있다는 장점이 있다.

그러나 하나의 생명체가 될 수정란의 희생이 필요하다는 단점이 있어 윤리적 논란이 끊이지 않는다.

최근 배아줄기세포에서 유래된 희소돌기아교세포가 척수신경 손상으로 인한 하반신 마비환자의 치료에 사용될 수 있는지 그 가능성을 테스트하는 임상시험이 미국에서 최초로 시작됐으며 망막상피세포의 치료，혈액 제조 등으로 그 치료 가능성을 확장 테스트하고 있다.

유도만능줄기세포는 환자 자신의 체세포로부터 줄기세포로 역분화돼 만들어졌기 때문에 필요한 사람에게 쉽게 사용할 수 있다는 장점이 있다.

또 배아줄기세포와 거의 동일한 줄기세포의 특성을 나타낸다. 또 여성의 난자를 이용해야 하는 배아줄기세포와 달리 유도만능줄기세포는 환자의 피부세포나 혈구세포를 통해 제조되기 때문에 윤리적 논란을 피할 수 있다.

또 환자 자신의 세포로부터 만들어지기 때문에 면역거부반응도 극복할 수 있는 큰 장점이 있다.

하지만 아직은 유전자조작에 의해 만들어지기 때문에 질병 치료에 적용되기까지는 시간이 좀 더 걸릴 것으로 보인다.

전문가들은 앞으로 안전성이 높은 유도만능줄기세포 개발이 이루어진다면 다양한 질환에 대한 환자맞춤형 줄기세포 치료가 가능할 것으로 전망하고 있다.

한편 개구리 복제가 성공한 1962년 이후 34년이 지난 1996년 복제양 돌리 생산이 성공하면서 동물 복제는 폭발적으로 성장해왔다.

쥐 돼지 소 고양이 개 말 등 10종 이상의 동물 복제가 이어졌다.

난자의 분할에 의한 복제에서 생식세포인 수정란의 할구를 이용한 복제로 기술이 발전했기 때문이다. 체세포 복제기술은 다양한 분야의 기초연구로서 다양한 용도로 활용된다.

△복제동물 자체를 생산하거나

△형질전환 복제동물을 생산해 인간의 질환모델동물을 생산하거나

△생리활성 의약품을 생산하는 동물을 생산하거나

△멸종위기종의 복제에 의한 보존과 복원기술로 활용하는 등 응용분야가 확대되고 있다.

또 이를 통해 고가의 유용 단백질 생산 연구, 멸종 동물 가축 등에 대한 상업적 복제 연구 등이 진행되고 있다.

조쌍구 건국대 동물생명공학과 교수 연구팀은 피부세포 유방암세포 줄기세포 등 세포 성장 및 사멸에 대한 연구를 진행하고 있으며, 형질전환 복제돼지 연구센터(충남대)에 참여하고 있다.

연구진은 형질전환 복제 돼지 생산 효율을 높일 수 있는 세포주 개발, 피부세포의 활성을 높이는 물질 개발, 유방암 세포의 사멸을 효과적으로 유도할 수 있는 항암물질 개발, 암세포와 암줄기세포의 특성 비교분석을 통한 항암기전 연구 등을 진행하며 다수 논문을 쓰고 기술에 관한 특허를 취득했다.

최근에는 보다 안전한 유도만능 줄기세포 제조법 개발, 유도만능 줄기세포와 배아줄기세포의 유전자 및 단백질 발현 차이 분석, 유도만능줄기세포 · 배아줄기세포 · 암줄기세포 간의 특성 비교 분석 등 기초연구를 진행 중이다.

조 교수는 "앞으로 유도만능줄기세포의 여 러 문제점을 극복해 특정 세포로의 분화기술이 개발되면 암 뇌질환 척추질환 등을 가진 환자로부터 분화된 체세포를 얻고, 이로부터 유도만능줄기세포를 제조하고, 특정 질환에 활용할 수 있는 특정 세포로 분화시킨 뒤 환자에 대한 맞춤형 치료가 가능할 것으로 전망된다"고 말했다.

공일근 경상대 응용생명과학부 축산학과 교수는 고양이과 동물의 복제동물생산기술이 특히 중요하다고 본다.

공 교수는 "고양이과 동물은 250여종의 인간 유전질환과 유사한 질환을 갖고 있어 인간의 유전질환 연구모델동물로서 중요한 가치를 가지고 있다"고 말했다.

이뿐 아니라 고양이는 FIV(Feline Immunodeficiency Virus)를 상당히 많은 개체를 가지고 있어 인간의 HIV 연구모델로서도 매우 유용한 것으로 알려져 있다. 또 눈 망막연구 모델로서도 의미가 크다는 설명이다.

호랑이 사자 표범 시라소니 삵 등 우리가 알고 있는 거의 대부분의 맹수들이 고양이과 동물인데, 거의 대부분 멸종위기종으로 분류되고 있다.

따라서 이런 멸종위기종의 맹수들을 보존하고 복원할 수 있는 기반기술로서 체세포복제동물의 생산기술은 상당히 중요성을 갖는 셈이다.

공 교수는 "생태계의 복원에 의한 동물종의 다양성을 유지하는 것이 가장 이상적이지만 현실적으로 한계가 있다면, 차선으로 이들을 보존하고 복원할 수 있는 생명공학적인 방법을 발전시키는 것은 매우 의미있는 일"이라고 강조했다.

이해성 한국경제신문 기자 ihs@hankyung.com