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첨단재생의료의 현재와 미래

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작성자 CoGIB 작성일17-04-03 17:31 조회239회 댓글0건

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강길선 교수 <전북대학교 고분자나노공학과, 세계조직공학재생의학회(TERMIS) 차기회장>


 

해삼(海蔘)은 정말로 기묘한 동물이다. 내장을 완전히 긁어내면 똑 같이 재생한다. 서너 조각으로 갈라놔도 모두 재생한다. 말렸다가 다시 물에 불려서 해삼조직에 갑작스러운 압력을 가하면 살아 있을 때의 탄성은 그대로 유지한다. 그냥 놔두면 거의 영원히 생존하는 생물이다. 현존하는 기술로는 이의 나이를 측정할 수 없어 몇 살까지 사는지 모른다.

 

재생의 대표적인 동물인 도마뱀을 갑작스러운 환경에 닥치면 꼬리를 자르고 도망가며, 이러한 절단된 꼬리와 다리는 약 70일 정도면 완전히 원래의 것과 똑같이 재생된다. 도마뱀은 눈, 중추신경까지도 재생되는 것으로 알려져 있다. 유사하게 플라나리아, 불가사리 등이 재생성이 강한 동물 군으로 알려져 있다. 

 

거미도 다리의 일부 또는 전부를 절단시켜도 똑같이 재생된다. 상어의 이(齒)도 계속하여 재생되어 35,000개 까지도 재생이 된다한다. 랍스터는 텔로미어를 자체적으로 복구하는 능력을 가지고 있어 생물학적으로 노화하지 않는다. 

 

그렇다면 인간의 재생능력은 이러한 하등동물로부터 왜 한정되어 진화를 하였을까? 왜 전체 장기의 재생능력이 제한되어 진화를 하였을까? 아니면, 재생에 관계되는 유전자가 아예 없어졌을까? 그도 아니면 재생에 관련된 유전자가 존재하는데 발현을 못하는 것일까? 이러한 기초연구도 활발히 전 세계적으로 진행 되고 있다.

 

그런데 인간의 몸도 제한적이나마 재생을 한다. 매일 자라나는 머리카락과 손톱, 피부의 때를 밀면 계속하여 일생 동안 밀린다. 여성들의 생리도 자궁내막의 재생활동이며 유아치가 빠지며 영구치가 다시 나오는 것도 재생이다. 우리가 보이지 않아서 직접 느끼지는 못하지만 우리 몸의 간과 신장도 재생성이 아주 훌륭한 장기이다. 간 이식을 할 때 기증자는 30% 정도만 남기고 70%를 다른 환자에게 이식한다. 기증자의 남은 30% 간은 수개월 이내에 원래의 크기로 똑같이 자란다. 기증을 받은 환자의 70% 크기의 간도 원래 환자의 몸 사이즈에 맞게 원래대로 재생된다.

 

이러한 인간의 재생에 결정적 기여를 하는 것은 독자들도 주지하다시피 우리 인체 내에 존재하고 있는 줄기세포가 수행하는 것이다. 이러한 줄기세포의 재생능력을 기반으로 한 이른바 “첨단 재생 의료” 분야가 기초연구와 함께 상용화에 우리나라 뿐 만이 아니라, 전 세계적으로 많은 투자가 이루어지고 있다. 

 

이러한 주된 이유 중의 하나는 우리나라의 전통적 산업 군이 후발 주자 국에 의하여 추격을 받게 되어 새로운 산업군을 발굴하여야 하는데 이러한 분야중의 하나가 바로 “바이오 의약품 산업군”이다. 이 바이오 의약품 시장크기는 2004년 1,790억 달러로 전 세계 메모리 반도체 시장규모가 약 825억 달러의 것에 비하면 바이오 의약품 시장크기는 거의 두 배에 달하는 매우 큰 시장이다.

 

바이오 의약품 중에 미래성이 있는 것이 바로 “첨단재생의료기술”인 것이다. 이 기술의 가장 큰 특징은 전 세계적으로 시작한 것이 10~15년 밖에 되지 않은 출발선상이 동일하다는 것이다. 즉 선두를 누가 잡느냐에 따라서 세계적인 주도권을 잡을 수도 있다는 것이다.

 

첨단재생의료기술의 정의는 손상되거나 병에 걸린 인간의 세포, 조직, 장기를 치료, 재생, 교체시켜서 정상으로 복원하거나 질병으로부터 예방할 수 있게 하는 혁신적인 의료 기술로서 이들을 대별하면 세포치료기술, 유전자 치료기술, 조직공학기술 그리고 이종장기 복제기술로 나뉠 수 있다. 

 

세포치료기술은 체세포 치료기술과 줄기세포 치료기술로 나뉘는 데 살아 있는 세포를 환부에 주입함으로써 환부의 치료를 근본적으로 돕는다. 체세포 기술의 대표적인 것으로는 자가 연골세포를 이용한 퇴행성 무릎연골 치환술로서 세원 셀론텍의 콘드론TM을 들 수 있으며 줄기세포 치료술로서는 제대혈 줄기세포 유래 퇴행성 관절염 치료제인 메디포스트의 카티스템TM을 들 수 있다(그림 1 참조).  줄기세포 치료기술은 줄기세포를 응용하여 인체의 질환부분을 치료하는 기술로서, 사람의 몸에 손상이나 질병이 있을 때 치유되어 가는 과정에서 스스로 치유하는 재생능력을 활용한 것이다. 이 줄기세포는 인체 내에서 특정한 세포로 분화가 진행되지 않은 채 유지되다가 일정한 조건이 갖춰지면 신경, 혈액 및 연골 등 신체를 구성하는 모든 종류의 세포로 분화할 가능성을 갖춘 세포이다. 

 

유전자 치료기술은 치료효과가 있는 직접 유전자를 주입하는 치료기술로서 질병의 원인이 되는 특정유전자를 최근 CRISPER/CAS9과 같은 유전자 가위 등의 편집 기술을 이용하여 선택적으로 제거 및 치환함으로서 기능을 정상화 시키거나 또는 치료용 저분자 약물, 단백질 또는 펩타이드 등을 생산하게 하여 세포와 조직을 재생하는 치료법이다. 이 방법은 인간의 질환을 근본적으로 치료할 수 있다는데 아주 큰 잠재력을 가지고 있다

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그림 1. 전 세계에서 첨단 재생 의료 기술을 이용하여 상용화된 줄기세포제제의 연대표. (1) 2011년에 개발된 허티셀 그램 AMI는 파미셀사에 의하여 개발된 심근경색 치료제. (2) 2012년에 개발된 카티스템은 메디포스트사에 의하여 개발된 연골질환 치료제, (3) 2012년에 안테로젠사에 의하여 개발된 큐피스템은 크론씨병 치료제. (4) 2013년에 개발된 프로카이말은 오시리스사(카나다)에 의하여 개발된 급성 GvHD치료제. (5) 2014년에 개발된 뉴로나타-일주는 코아스템사에 의하여 개발된 루게릭 치료제제. (6) 2015년에 개발된 호로큘러는 테이시사(이탈리아)에 의하여 개발된 눈 치료제제. (7) 2015년에 개발된 템셀HS(일본)는 JCR 사에서 개발된 급성 GvHD치료제. 이들 중, (1), (2), (3) 및 (5)는 우리나라의 기업들의 첨단의료기술에 의하여 개발된 줄기 세포 제제군이다.

 

 

 

조직공학 기술은 환자의 장기모양을 3D 바이오 프린팅과 같은 융합기술로 스펀지와 같은 3차원 다공성 지지체(scaffold)를 만든 다음 체세포 또는 줄기세포를 파종하여, 생물반응기와 같은 인체와 유사한 환경을 만들어 바이오 인공장기 또는 생체 조직을 만들어 이식하는 기술이다. 현재 실험실적으로는 뇌 및 일부 특수한 장기를 제외하고 거의 만들 수 있으며 바이오피부, 바이오방광, 바이오혈관, 바이오연골, 바이오신장, 바이오이자, 바이오 뼈 등이 실험실적으로는 거의 완성 단계에 와있다. 그림 2는 조직공학 기법으로 만든 바이오연골을 이용한 귀 및 코 모양의 장기로서 가까운 시일 내에 우리 몸의 병든 장기를 고장 난 자동차의 부품을 교체하듯이 바이오 인공장기 이식을 수행 할 수 있을 것으로 예측하고 있다. 

 

마지막으로는 동물의 장기를 이용한 이종장기 복제기술로 주로 쓰이는 동물은 무균 돼지를 이용한다. 돼지의 유전자에 인간의 면역을 방해는 알파-갈(α-gal)유전자를 제거한 돼지의 장기를 이용하는 것과 사람의 유전자를 갖고 태어난 즉 인간화 돼지의 장기를 이용하는 것이다. 대표적으로 유전자변형 돼지의 췌도 세포를 당뇨병 환자가 이식 받거나, 파킨슨병 환자가 도파민 생산하는 세포를 이식 받는 날이 가까운 시일 내에 다가올 것으로 예측하고 있다. 현재 간, 각막, 심장, 폐등으로 심도 깊은 연구가 진행되고 있다.

 

우리나라는 IMF 경제난을 풀기위하여 1998년 김대중 정부에서 유망한 벤처 창업군으로 첨단재생의료분야가 추천되어 세계 어느 국가보다도 상용화를 빠르게 시작하였다. 우리나라에서 한국식품의약품안전처(MFDS)에 의하여 판매 승인된 첨단 재생의료 제품 품목 수는 총 17 품목으로 세계 최고의 개발 품목수를 보이고 있다. 

 

현재 150여개 이상의 업체 및 벤처 기업에 재생의료 관련 사업에 관여되는 것으로 나타나고 있고 약 5,000~8,000여명 이상이 고용되고 있다는 것으로 나타나 중요성이 점점 커지고 있다. 이를 17개 품목 중, 줄기세포 치료 제제를 이용한 상용화 건수는 4품목으로 세계적으로 9품목이 소개된 것에서 반 이상을 차지하고 있어서 우리나라의 높은 기술력을 인정받고 있다(그림 1 참조).

 

이러한 산업적 기반으로 연구·산업 생태계의 정착과 활성화를 위하여 정부와 산·학·연 사이의 원활하고도 유기적인 관계가 우리나라의 첨단 재생의료기술의 조기 정착 및 글로벌화에 지대한 영향을 미칠 것이다. 이의 대표적인 예가 “첨단의료재생 특별법”인데 이웃나라 일본에서는 이미 제정되어 시행되고 있고, 미국에서는 2016년 12월에 통과한 21세기 치유법 (21th Century Cure Act)에서도 “Regenerative Medicine Therapy (재생의료치료)” 또는 Regenerative Advanced Therapy (첨단재생치료)“로 새롭게 분류하기 시작하였다. 이에 우리나라도 국회에 의하여 2016년에 발의가 되어 있어 가까운 시일 내에 제정이 되면 글로벌 경쟁력 강화에 더욱더 박차를 가할 것으로 생각되고 있다. 그리고 결과적으로는 바이오 의약품 산업군의 세계진출을 위하여 긍정적인 영향을 끼쳐 새로운 일자리의 창출, 고부가가치 신약개발 그리고 물론 미래의 Cash Cow 발굴로서 지대한 역할을 할 것이다. 

 

226DEF3B58D8CE5A2431BE그림 2. 조직공학 기법으로 제조된 (1) 쥐의 등에 이식한 사람의 코 모양 바이오연골, (2) 토끼의 귀에 이식한 사람의 귀모양의 바이오연골 그리고 (2) 호주의 한 행위 예술가에 의하여 직접 본인의 팔뚝에 이식한 귀모양의 바이오연골. 조직공학용 생체재료 지지체와 줄기세포를 이용한 조직공학적 바이오 장기는 뇌 및 몇몇 특수한 장기를 제외한 모든 장기를 만들 수 있다.

 

 

* 강길선 전북대학교 고분자나노공학과 교수는?
인하대학교 고분자공학과를 졸업 후 동 대학원 공학석사 학위를 받았다. 미국 아이오와 대학교에서 생체의용공학박사 학위를 받았고, 한국화학연구원 생체의료고분자연구실 선임연구원으로 활동했다.

현재 전북대학교 고분자나노공학과, 유기신물질공학과, BIN융합공학과 교수로 활동하고 있으며, 이외에도 글로벌 재생의학줄기세포 촉진센터(GSRAC) 자문위원, 한국줄기세포학회(KSSCR) 학술위원, 한국고분자학회 20대 평의원, 한국접착 및 계면학회 학술이사, 한국공업화학회 생체재료분과 부회장 등 활발한 활동을 하고 있다.

세계조직공학재생의학회(TERMIS Global President-Elect) 차기회장으로, 2019~2021년 회장직을 수행할 예정이다. 

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