줄 기 세 포

                                   이일우

                                               가톨릭의대 교수,

                                                대전성모병원 신경외과

1. 줄기세포란 무엇인가?

  인간은 수정 시 한개의 세포로부터 출발하여 끊임없는 세포분열에 의하여 신체가 구성되며 각 세포들은 적절한 시기에 적절한 모양으로 증식, 분화되어 나감으로서 인체의 각 장기를 형성하게 되고 어머니의 태중에서 수정란, 배아, 태아의 단계를 거쳐 최종적으로 모체와 분리되어 탄생하게 됩니다. 줄기세포란 이렇게 우리몸을 구성하는 각종세포의 기원이 되는 세포를 총칭하는 말입니다. 그런데 출생후에도 우리 인체에 있는 여러 가지 세포는 수명이 있어 끊임없이 죽고 그 자리를 새로 만들어지는 세포로 채워지는 일이 반복되는데 바로 발생시기에 존재하던 줄기세포가 우리 몸의 곳곳에 소량으로 존재하면서 이렇게 새로운 세포를 만들어내는 공장의 역할을 담당하게 됩니다. 또 어떤 줄기세포는 평소에는 그 존재를 드러내지 않고 잠복해 있다가 인체의 조직이나 장기나 손상되면 활동을 개시하여 필요한 세포와 조직을 만들어내어 손상을 복구하기도 합니다. 인체 내에 있는 줄기세포의 대표적인 예가 조혈모세포 즉 피를 만들어내는 줄기세포로서 사람의 골반 뼈 속에 존재하면서 하루에도 수억개의 혈액성분을 만들어 내고 있습니다. 사람의 피부아래에도 피부를 구성하는 세포를 만들어내는 줄기세포가 있어 피부에 상처가 나면 원래와 똑같은 모습으로 피부조직을 재생하게 됩니다. 이와 같이 줄기세포는 태생기에는 우리 몸을 구성하는 기원이 되는 세포일 뿐 아니라 출생후에도 우리의 생명을 유지하는데 없어서는 안되는 중요한 세포입니다.

2. 줄기세포의 정의

과학자들이 정의하는 줄기세포란 ‘아직 분화하지 않은 미성숙 상태의 세포’로서 ‘체외배양에서도 미분화 상태를 유지하면서 무한정으로 스스로 분열, 복제 할수 있을뿐 아니라 많은 종류의 서로 다른 세포로 분화되어 나갈수 있는 능력을 가진 세포’를 말합니다. 줄기세포는 한 장기 내에서 한 가지이상의 세포로 분화할 수 있으면서 동시에 다른 장기의 세포로도 분화할 수 있는 유연성(plasticity)을 가지고 있습니다.

3. 줄기세포의 종류는 어떤 것이 있는가?

줄기세포의 종류는 크게 나누어 앞서 예를 들었던 것과 같이 수정란에서 태아가 만들어지는 과정에 있는 배아(embryo) 과정에서 관찰할수 있는 배아줄기세포(embryonic stem cell)와 우리몸의 여러곳에 존재하고 있는 성체 줄기세포(adult stem cell)로 나눌수 있습니다. 이중 성체줄기세포는 존재하고 있는 위치에 따라 골수줄기세포, 신경줄기세포, 지방줄기세포, 근육줄기세포, 피부줄기세포 등으로 다시 분류를 하고 있으며 오늘날에도 많은 연구자들에 의하여 새로운 종류의 줄기세포들이 발견되고 있습니다.

또한 위의 두 가지 종류와는 달리 모체와 태아를 연결시켜주는 탯줄속에 있는 혈액내에도 줄기세포가 존재한다는 것이 발견되어 탯줄혈액 줄기세포 또는 제대혈 줄기세포(umbilical cord blood stem cell)라고 명명하고 줄기세포의 또 다른 자원으로 연구가 계속되고 있습니다.

4. 배아줄기세포와 성체줄기세포는 어떻게 다른가?

배아(embryo)란 태아가 되기 전 단계의 인체를 의미하며 우리몸을 구성하는 모든 세포가 포함되어 있으므로 배아의 일부에서 채취된 배아줄기세포는 말 그대로 인체의 모든 세포로 분화할수 있는 능력을 가지고 있으며 또한 적절한 환경에서 배양한다면 이론적으로 영구히 죽지 않으면서 무한대로의 세포의 증식이 가능합니다. 인간의 배아줄기세포는 1998년에 처음으로 배양에 성공되었는데 앞에서 열거한 잠재력으로 인하여 많은 과학자들에 의하여 연구되고 있습니다. 그러나 이렇게 무한한 가능성에도 불구하고 배아줄기세포는 한사람의 생명으로 자랄수 있는 배아를 파괴해야지만 얻을수 있다는 한계로 인하여 여러 가지 윤리적인 문제가 제기되고 있으며 또한 사람에게 이식하였을때 통제 불가능한 암 조직으로 자랄 수 있다는 가능성이 지적되어 활용단계에 이르기에는 넘어야할 산이 무척 많아 보입니다.

한편 성체줄기세포는 위에서 언급한바와 같이 현재 우리 몸속의 곳곳에 존재하고 있으며 큰 윤리적인 문제없이도 채취, 배양, 이식이 가능한 줄기세포라고 할 수 있습니다. 현재까지 인체내 에서 성체줄기 세포가 분리된 장기의 종류를 열거해보면 뇌, 골수, 말초혈액, 혈관, 근육, 피부 및 위장관의 상피조직, 각막, 망막, 간, 췌장 등으로 거의 대부분의 장기에 존재한다고 해도 무방할 정도로 많은 종류의 줄기세포가 확인되고 있습니다. 또한 성체 줄기세포도 배아줄기세포와 마찬가지로 스스로 재생하면서 특정 장기의 세포형으로 분화할 수 있는 줄기세포로서의 능력을 가지고 있음이 실험적으로 증명되었습니다. 다만 성체줄기세포는 분화가 어느 정도 진행된 단계의 줄기세포이기 때문에 배아줄기세포와 같이 모든 종류의 세포로 분화할수 있는 능력에 있어서는 뒤떨어지며 또한 워낙 소량으로 존재하기 때문에 조직을 구성하는 수많은 세포 중에서 줄기세포만 분리하기가 용이하지 않고 분리에 성공하였다하더라도 치료에 필요한 만큼 체외에서 배양과 증식이 그리 쉽지 않다는 단점이 지적되고 있습니다. 그러나 생명공학의 발달로 최근 조직에서의 분리 및 배양법이 발달하고 또한 예측하였던것보다 여러 다른 종류의 세포로의 분화능력이 크다는 점이 밝혀지면서 배아줄기세포보다 실제 임상에서 활용될 가능성이 높다고 할 수 있습니다. 실제 현재 우리나라에서 성체줄기세포는 여러곳의 의료기관에서 질병의 치료목적으로 임상시험이 진행되고 있는데 비하여 배아줄기세포를 임상에 적용하고 있는 곳은 한군데도 없다는 것이 이를 반증하고 있습니다.

5. 줄기세포 연구는 왜 중요한가 ?

20세기 들어 의학이 급속히 발달하여 많은 질병이 정복되었다고 하나 아직도 많은 질병이 치료가 불가능하거나 불완전하며 한편 인간의 평균수명이 늘고 이에 따라 고령인구가 많아지면서 난치성 노인병 또한 증가하고 있습니다. 과학의 발달은 이러한 난치병의 치료에 손상된 조직이나 장기의 재생을 유도하거나 아예 새롭게 만들어진 조직이나 장기를 이식하고자하는 소위 재생의학이라는 새로운 개념의 치료방법을 개발하기에 이르렀습니다. 초창기에는 뇌사자나 공여자로부터 직접 조직이나 장기를 환자에게 이식하는 방법으로 시작되었지만 기증되는 장기의 숫자가 너무 적고 적용되는 질병 또한 제한적이었습니다. 그러나 줄기세포의 발견은 이런 새로운 치료 방법을 현실화 한는데 충분한 가능성을 제시해 주었으며 이전에는 치료 불가능한것으로 여겨지던 질환을 앓고 있는 많은 환자들에게 희망을 가져다 주기에 이르렀습니다. 또한 줄기세포 연구는 치료의학 분야 뿐 아니라 아직도 많은 부분 베일에 가려져 있는 생명현상을 이해하고 질병의 원인을 규명하는 생명과학분야에도 큰 역할을 할것으로 기대됩니다.

6. 문제점은 무엇이고 어떻게 해결해야 하는가 ?

줄기세포에 대한 연구가 많이 진행되었고 일부에서는 임상실험까지 진행되고 있다고하나 아직도 밝혀지지 않은 부분이 많고 실제 치료의학에 사용되기에 해결되어야 할 문제도 많다고 할 수 있습니다. 그러나 그중에서도 가장 시급히 해결해야 할일은 윤리적인 문제점들입니다. 특히 배아줄기세포의 경우 그 무한한 가능성 때문에 많은 연구자들과 환자들에게 장밋빛 꿈을 꾸게 하였으나 생명을 살리기 위해 또 다른 생명을 파괴해야 한다는 전제는 사회적으로 많은 논란을 불러 일으켰으며 학문적 성과를 빨리 얻기에 급급한 일부 과학자들은 또 다른 부작용을 만들어 내기도 하였습니다. 배아줄기 세포 연구를 지지하는 과학자들은 배아의 어느 시기까지는 생명으로 볼수 없으므로 배아의 파괴가 생명파괴 현상이 아니라는 주장을 내어놓기도 하였으나 반대 입장에 선 사람들은 생명의 시작점을 과학자들 간의 주장이나 합의로 결정할 수 없다는 점을 지적하고 정자와 난자가 만나는 순간부터가 생명이므로 비록 좋은 목적을 가지고 있더라도 생명을 파괴하는 행위는 용납할 수 없다고 주장하고 있습니다. 그러므로 줄기세포 연구가 진행되려면 먼저 이런 윤리적인 문제에 대한 충분한 논의와 사회적인 합의가 있어야 할 것입니다. 이는 단순히 과학자나 의사 그리고 환자에 국한된 문제가 아니며 줄기세포 연구의 한 분야인 유전자 변형과 생명복제 등의 연구결과가 경우에 따라서는 인간의 존엄성과 인류의 생존에도 큰 영향을 미칠 수 있으므로 종교, 과학, 의학, 법조, 언론 등 사회 각계 각층이 참여한 가운데 충분한 시간을 갖고 토론하여 모든 사람이 납득할 수 있는 윤리적인 틀을 만들어야 할 것으로 생각됩니다. 연구에 직접 참여하고 있는 연구자들은 완전하지는 않겠지만 현재 만들어져 있는 법규와 윤리위원회, 임상시험 위원회 등이 제정한 규범과 절차를 따라, 또한 각자의 양심에 비추어 올바르다고 생각하는 방향으로 연구를 진행하여야 할 것입니다. 이렇게 줄기세포를 비롯한 과학 연구가 전문성의 틀에 안주하지 않고 경제적, 사회적, 문화적, 환경적으로 건전한 개발을 이루어 낼때 진정으로 하나님의 창조질서에 위배되지 않고 인간에게 유익을 줄 수 있는 연구가 될 것이라고 확신합니다.

참 고 문 헌

1. 21세기 의학혁명 ; 줄기세포란 무엇인가? 문신용 외. 세포응용사업단 발행 2003년

2. internet site ; www.stem.or.kr

그림 1. 정자에 의해 수정된 난자로부터 인체의 각 기관으로 분리되어 나가는 과정          을 나타낸 것으로 낭배의 위치에 따라서 인체의 각 기관으로 분화․발달해          나간다. 따라서 낭포내의 내부세포 덩어리가 인체의 모든 기관으로 분화됨          을 암시하고 있다.

그림 2. 배아줄기세포를 얻는 방법 ; (A) 냉동난자와 정자의 체외수정에 의한 방법, (B) 환자 자신의 체세포의 핵이식에 의한 방법

그림 3. 성체줄기세포의 한 종류인 골수줄기세포가 여러종류의 세포로 분화될수 있음을 보여주는 모식도

줄기세포 강의

                                               한창황 교수

                                                       대전성모병원 정형외과

1. 줄기세포란

줄기세포란 인간의 몸을 구성하는 서로 다른 세포나 장기로 성장하는 일종의 모세포로, 간세포(幹細胞)라 불리기도 한다. 이 줄기세포는 두 가지로 나눌 수 있습니다. 황우석 교수 연구로 잘 알려진 배아줄기세포와 성체줄기세포로 구분할 수 있으며, 성체 줄기세포에는 환자의 뼈, 근육, 신경, 간, 등에서 얻을 수 있는 자가 성체 줄기 세포와 태반에서 얻을 수 있는 동종 성체 줄기세포가 있습니다. 배아줄기세포는 난자와 정자가 수정된 후 수정한지 14일이 안된 배아기의 세포인 '배아줄기세포(Embryonic Stem Cell)'라고 합니다. 이 배아줄기세포는 장차 인체를 이루는 모든 세포와 조직으로 분화할 수 있기 때문에 '전능세포' 혹은 '만능세포'로 불립니다. 이렇게 배양된 줄기세포는 이론적으로 간, 콩팥, 근육 등 각종 장기구성 세포로 분화할 수 있는 잠재력이 있기 때문에 손상된 장기를 대체할 수 있는 세포치료법으로 주목을 받고 있습니다. 배아줄기세포를 이용하여 뇌질환에서 당뇨병, 심장병에 이르기까지 많은 질병을 치료하는데 줄기세포를 이용할 수 있을 것으로 기대를 걸고 있습니다.

예를 들어 당뇨병을 치료하기 위해 인슐린 생산 세포를 만들어 내거나 척추부상으로 마비된 환자의 기능을 회복시킬 수 있는 신경세포를 길러내는 것이 가능하다고 과학자들은 믿고 있습니다. 하지만 배아는 장차 태아로 자랄 수 있는 엄연한 생명의 씨앗이라는 점에서 여러 조직이나 장기를 만들 수 있는 간세포를 얻기 위해 배아를 이용하는 것은 “살인행위나 마찬가지다”는 반대여론도 있습니다. 이러한 배아 줄기 세포를 얻기 위해서는 반드시 여성의 난자가 필요하기 때문에 생명 윤리문제가 있습니다. 이 난자를 얻기 위해서는 인위적으로 다량의 호르몬 처리를 해야 하며, 이 과정에서 난소에 종양, 불임, 유전자 돌연 변이도 발생할 수 있습니다.

환자에게 적용 시 발생 될 수 있는 문제는

첫째, 배아 줄기세포로부터 암 발생의 가능성이 입습니다.

배아줄기 세포는 영원히 죽지 않고 지속적으로 분열할 수 있는 특성을 갖고 있습니다. 그러나 무한정으로 분열할 수 있다는 배아 줄기세포의 특성은 암의 특성과 크게 다르지 않습니다. 따라서 배아 줄기세포를 이용, 병을 치료하려다가 도리어 암이라는 치명적 부작용을 일으킬 수도 있습니다. 이런 현상은 이미 동물실험에서 관찰되고 있습니다.

세계 최초의 체세포 복제 동물인 복제 양 돌리는 노화가 빨리 되어 여러 가지 합병증이 발생하여 사망하였습니다. 즉, 이러한 배아 줄기 세포의 복제에 의한 결과는 배아 줄기세포의 노화가 문제 입니다. 즉, 이런 배아 줄기세포 치료는 일시적 효과에 그칠 가능성이 높습니다.

배아 줄기세포를 이용, 필요한 장기를 만들 수 있다고 생각하나 이는 현실적으로 불가능 합니다. 배아 줄기세포를 이용해 필요한 장기를 만들기 위해서는 배아 줄기세포를 여성의 자궁에 착상시키고 장기가 만들어질 때까지 수 개월을 기다려야 합니다. 그러나 이때는 이미 배아 줄기세포는 세포가 아니라 태아 상태입니다.

배아 줄기세포를 만드는 데 사용된 난자는 다른 여성의 것이기 때문에 거부반응이 발생할 수 있습니다. 따라서 자신의 체세포로 만든 배아 줄기세포라도 거부반응이 발생할 수 있습니다.

배아 줄기세포를 인간의 난치병 치료에 이용하려면 이와 같은 문제점과 논리적 과정들이 먼저 신중히 검토, 해결돼야 합니다. 환자들에게 희망을 주는 것은 좋은 일입니다.

그러나 환자들이 성급한 기대를 갖게 하는 것은 바람직하지 않습니다. 지금은 배아 줄기세포를 이용한 치료에 대해 지나치게 낙관적인 표현은 삼가며, 차분히 연구의 진행을 지켜봐야 할 때입니다.

성체 줄기세포란 환자 자신으로부터 얻을 수 있는 성체줄기세포는 배아가 아닌 인체조직에서 세포를 얻기 때문에 자가 성체줄기세포라고 말합니다.

배아줄기세포와 가장 큰 차이점은 자신의 몸속에 있는 장기의 일부조직으로부터 줄기세포를 추출해 치료에 사용할 수 있다는 점입니다. 그래서 면역거부반응과 같은 실질적인 난점을 해결할 수 있을 뿐 아니라 윤리적인 문제로부터 자유로울 수 있습니다.

성체 줄기세포의 단점은 자가 성체 줄기 세포의 한계는 환자의 나이가 많거나, 어떤 질병이 있는 환자에서는 환자 자신에서 줄기 세포를 찾아내기가 힘들고, 또한 이들 환자의 줄기 세포의 분화 능력이 떨어지는 관계로 임상에서 치료 결과에 아쉬움이 남아 있습니다. 따라서 분화력이 우수하고, 윤리적인 문제를 극복할 수 있는 성체 줄기 세포가 필요한 현실입니다. 

이러한 문제를 극복할 수 있는 줄기세포가 바로 태반에서 유래한 동종 성체 줄기 세포인 제대혈 줄기세포라고 할 수 있습니다.

아기를 출산한 후 얻어진 태반에는 줄기세포가 있으며 이를 오랜 기간 보존하여 나중에 아이가 자라 병이 생기면 이 줄기세포를 가지고 치료할 수도 있는 것입니다.

또한 불치병이 있는 다른 성인에게도 이 태반 유래 줄기 세포를 투여할 수 있습니다. 하지만, 다른 사람의 줄기 세포를 받아야 하므로 면역 거부 반응을 없애야하는 문제가 있습니다. 이 면역 거부 반응은 현대의학으로 예방할 수 있는데, 그 원리는 수술실에서 피가 부족할 시, A, B, O, AB 혈액형이 적합하면, 혈액을 수혈 받을 수 있듯 이, 면역 거부 반응을 알 아 볼 수 있는 HLA 검사를 통하여, 환자에게 가장 적합한 태반 유래 줄기 세포를 찾아 낼 수 있습니다. 이러한 목적으로 한국에서도 태반 유래 제대혈 줄기세포은행이 세워지고 태반혈액을 보관하는 사업이 나타나게 되었다.

자가 성체 줄기세포로 치료할 수 있는 질환은 환자 자신의 줄기 세포가 분화력이 우수하고, 백혈병 등이 없다면, 현대의학으로는 완치가 힘든 척추마비환자, 하지의 혈관이 막히는 버거씨 병, 심장병, 만성 신부전증, 간경화, 발기부전, 골다공증, 백혈병, 골절 후 불유합등 광범위합니다. 하지만, 앞에서 설명하였듯이, 환자의 나이가 많을 시, 원하는 만큼의 줄기세포를 얻기 위해서는 많은 양의 골수를 채취해야하는 기술적인 문제와 골수를 채취하는 과정에서 환자에게 문제도 발생될 수 있습니다.

현재 우리나라에서 성체 줄기 세포로 치료할 수 있는 질환은 백혈병, 버거씨 병, 척추마비 환자 등이 있습니다. 저희 성체 줄기 치료 사업단에서 척추마비환자 4명을 대상으로 태반유래 제대혈 줄기 세포로 시술 하였습니다. 이들 환자에게서 환자가 완전히 회복되지는 않았지만, 감각과 운동 기능이 회복되는 것을 경험하였습니다.

성체줄기세포는 몸속에 소량만 존재하기 때문에 치료에 필요한 충분한 양을 얻기가 어렵습니다. 이를  효과적으로 얻을 수 있는 방법이 필요합니다. 또한 분화 능력이 우수한 줄기 세포가 필요하며, 병이 발생된 장기에 줄기 세포를 주입 시 우리가 원하는 장기로 줄기 세포가 분화할 수 있어야 하겠습니다. 또한 타인의 세포를 이용할 경우 면역거부 반응이 일어날 수 있다는 점이 극복해야할 과제입니다. 또한 수술적인 문제입니다. 이미 척추 마비 환자들은 여러 번의 수술을 받은 상태로 인하여, 수술 부위가 심하게 유착되어, 재 수술 하기가 힘이 들고 이로 인한 수술 후, 감염이 발생될 수도 있어 많은 주위를 요합니다.  

현재 저희 가톨릭의대 대전성모병원에서는 혈관이 막히어 다리와 손이 썩어가는 버거씨 병을 태반유래 제대혈 줄기세포로 4명의 환자를 치료하여 현재 좋은 효과를 경험하였으며,  우선 이달 말에 인도와 미국, 스웨덴에서 척추마비 난치병을 앓고 있는 환자들을 대상으로 태반 유래 제대혈 줄기 세포치료가 예정되어 있습니다. 하지만, 현재 성체줄기세포를 이용한 난치병의 치료는 아직 초기단계에 있으므로, 많은 임상 경험과 더불어 더 많은 연구가 필요합니다.