사진 왼쪽부터 김정범 교수, 이현아 연구원.(사진 = UNIST 제공)
척추 뼈 안에 있는 신경조직인 척수는 한 번 손상을 입으면 회복하기 힘든 것으로 알려져 있다.
이런 가운데 운동신경세포로 척수 손상을 치료할 수 있다는 연구결과가 나와 학계 주목을 받고 있다.
유니스트(UNIST, 울산과학기술원) 생명과학부 김정범 교수 연구팀은 29일 피부세포에 유전인자 두 종을 주입해 척수를 구성하는 운동신경세포를 제작하는데 성공했다.
동물실험을 통해 운동신경 세포의 손상 재생 능력을 확인했으며 임상 적용을 위해 필요한 세포를 대량으로 생산할 수 있어 상업화 가능성을 열었다고 연구팀은 설명했다.
척수는 뇌의 신호를 사지로 전달하거나 역으로 신체에서 느낀 감각을 뇌로 전달하는 신호수 역할을 한다.
척수가 손상되면 운동기능이나 감각을 잃어 심각한 후유증을 얻는다.
이러한 척수 손상을 치료하기 위한 약물치료와 수술요법이 있지만 그 효과가 작고 심각한 부작용도 우려된다.
줄기세포를 이용해 손상된 조직을 재생시키는 '세포 치료제'가 주목받는 이유가 여기에 있다.
특히 척수를 구성하고 있는 세포 중 운동기능 조절에 중요한 역할을 하는 운동신경 세포는 척수 손상을 치료할 수 있는 유력한 후보다.
하지만 운동신경 세포를 배아줄기세포와 유도만능줄기세포에서 얻으면 암 발생 가능성이 있어 환자에게 직접 적용하기 힘들었다.
이같은 문제점을 해결하기 위해 김정범 교수 연구팀은 원하는 목적 세포를, 피부세포에서 바로 얻는 직접교차분화 기법을 이용해 운동신경 세포를 제작했다.
직접교차분화(Direct conversion)는 다 자란 성체세포를 다른 조직의 세포로, 세포운명을 전환시켜 직접 분화하는 방법이다.
배아줄기세포나 유도만능 줄기세포처럼 모든 세포가 될 수 있는 시기(만능세포)를 거치지 않아서 발암 가능성을 줄일 수 있다.
환자 피부세포에 두 종류의 유전자를 직접 주입해 세포가 암세포로도 바뀔 가능성이 있는 '만능세포단계'를 거치지 않고 자가(autologous) 운동신경 세포를 만든 것.
이를 통해 기존 줄기세포치료제의 문제점인 면역거부반응과 암 발생 가능성을 모두 해결했다.
운동신경세포 제작 과정과 척수손상 동물실험에서 치료 효과 검증.(그림 = UNIST 제공)
제1저자인 이현아 유니스트 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.
이번에 개발된 운동신경 세포 제작법은 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.
연구팀이 개발한 방법은 세포 자가증식 (Self-renewal)이 가능한 중간세포단계를 거치기 때문에 대량생산이 가능하다.
제작된 세포를 척수손상 실험쥐에 주입한 후, 상실된 운동기능이 회복된다는 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 치료제와 결합할 경우 치료 효과를 극대화할 수 있을 것"이라고 말했다.
교통사고나 산업재해와 같은 사고로 인한 척수 손상뿐만 아니라 운동신경 세포가 파괴되는 루게릭병과 같은 질환도 치료할 수 있는 가능성을 열었다는데 그 의미가 크다.
연구 성과는 유럽분자생물학회의 저명한 학술지 '이라이프 (eLife)' 온라인판에 지난 23일자로 발표됐다.