줄기 세포

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초기 배아단계의 줄기 세포.

줄기 세포(-細胞, 영어: stem cell)는 실제로 태생기 전능세포(pluripotent cell)를 지칭한다. 이는 어떤 조직으로든 발달할 수 있는 세포를 의미한다. 줄기 세포는 주로 초기 분열 단계의 배아로부터 채취된다. 이 단계의 세포는 아직 장기 형성 능력이 없으므로 사전에 입력하는데 따라 특정하게 선택한 세포계(cell line)로 배양될 수 있다. 간세포(幹細胞), 모세포(母細胞)라고도 한다. 현재 세계 각국에서 경쟁적으로 줄기 세포 연구를 진행 중이다. 줄기 세포를 인류가 적절히 통제할 수 있는 기술이 확보된다면 질병 치료의 신천지가 열리게 된다. 장기 이식이 매우 손쉽게 이루어질 수 있기 때문이다.

종류[편집]

줄기세포는 인간 배아를 이용한 배아 줄기세포(embryonic stem cells)와 혈구세포를 끊임없이 만드는 골수세포와 같은 성체 줄기세포(adult stem cells) 인간 체세포를 이용한 만능유도줄기세포 (ips cells) 가 있다.

배아줄기세포[편집]

남성의 생식세포인 정자와 여성의 생식세포인 난자의 수정으로 생성된 수정란에서 유래한다. 수정란이 어머니 뱃속에서 아기로 성장할 때 약2조개의 세포가 생기는데 배아줄기세포는 이러한 다양한 종류의 세포로서 분화할 수 있는 능력을 가진다. 전분화능 줄기세포라고도 한다. 대량증식이 가능하며 거의 모든 신체세포로 분화가 가능하며 면역거부반응이 없어 타인과 타종에게 이식이 가능하다. 그러나 분화조절이 어려워 암세포로 될 가능성이 있어 기술의 정밀함을 요하며, 수정란의 파괴로 윤리적 문제가 제기될 수 있다.

배아줄기세포의 분화능[편집]

배아줄기세포가 분화되는 과정의 모식도.

배아줄기세포의 분화능(Differentiation capacity)은 다음과 같다. 전능성(Totipotency) - 개체를 형성할 수 있는 분화능을 말하며, 세포 하나하나가 한 개체로 분화가 가능하다. 임신 초기에 수정란이 갈라지면서,일란성 쌍둥이가 생기는 것과 같은 이치이다. 만능성(Pluripotency) - 태아나 성체의 모든 세포로 가는 분화능을 말하며, 초기 수정란세포가 분열하면서 여러 장기로 분화되기 전 단계의 세포로써 이러한 세포는 심장, 췌장, 간, 피부, 신경 등등 다양한 장기로 분화가 가능하다. 다능성(Multipotency) - 제한된 배엽의 세포로만 가는 분화능을 말하며, 제한된 장기로만 분화가 가능한 세포 분화 능력을 말한다.

중간엽줄기세포(mesenchymal stem cell)는 뼈를 형성하는 조골세포(osteoblast)와 연골세포(chondrocyte)로 분화할 수 있다

성체줄기세포[편집]

이 줄기세포는 신체 각 조직에 극히 소량만이 존재한다. 특정한 조직을 구성하는 세포로 즉, 골수세포는 혈구세포로, 피부줄기세포는 피부로, 후각신경세포는 후각신경세포로만 분화되도록 정해진 세포이다. 대표적인 예로 다능성 조혈모세포가 있다. 항상 우리 몸을 건강한 상태로 유지하는데 필요로 하는 최소한의 세포를 제공해 주는 세포이다. 어떤 손상이 발생하면 다른 장기에 있던 줄기세포가 몰려와서 손상된 조직으로 변하는 분화의 우연성이 있다. 분화가 안정적이어서 암세포 가능성이 없고, 이미 임상적 적용이 가능한 단계까지 왔다. 배아줄기세포와는 다르게 수정란에 파괴가 없어서 윤리적으로도 문제가 되지 않는다. 그러나 얻을 수 있는 줄기세포수가 적고, 배양이 어려우며 특정 세포로만 분화가 가능한 단점이 있고, 또 면역 거부 때문에 기증, 공여가 안 된다.

만능 유도 줄기세포[편집]

이 줄기세포는 ips줄기세포로 흔히 불리며 신체 어느곳을 이용해도 베아줄기세포 와 같은 성질의 줄기세포로 역분화가 가능하다는 장점이 있다. 초기화 또는 역분화 라는 말로도 쓰이며 둘의 의미는 사실상 같다. 2007년 일본의 과학자 야마나카 신야를 필두로한 야마나카 팀이 최초로 쥐를 이용한 역분화에 성공하여 인간의 신체의 어느부분을 이용해도 베아줄기세포와 같은 줄기세포를 만들수 있다는 희망의 지평을 열었다. 2012년 이같은 공로로 최단시간에 야마나카 신야박사는 2012년 노벨 생리의학상을 받았다. 이것은 인류의 생명공학의 교과서를 통채로 다시 써야할만큼 위대한 업적이며 도마뱀의 팔다리 척추등을 모두 스스로 재생하는 재생능력처럼 인간도 이와 같은 재생능력을 얻을수 있다는 21세기 생명공학의 엄청난 업적임에 분명하다.화상환자나 기타 팔다리를 후천적으로 잃거나 척추마비 환자들에게도 엄청난 희망의 보고이다. 이 분야는 일본이 일찍 선두를 차지했으나 결과적으로는 미국이 모든 줄기세포 분야에서 선두를 차지하게 되었다.

세포 외 기질 치료[편집]

세포 외 기질 치료는 돼지방광에서 추출한 가루를 주축으로 하는 치료로 현재는 다양한 재료로 시험에 쓰이고 있다. 도마뱀의 재생능력 자체에 착안하여 고안된 치료법으로 잘린 손가락이 신경등을 포함 100% 원상복구 되는 연구 결과와 화상환자의 피부가 100% 가까이 완쾌되는 보고 등이 이어지며 줄기세포치료의 메카로 떠오르고 있다. 하지만 연구단계로써 13년 정도의 기간이 소요되면 대중화가 될것으로 기대되고 있다. 모든 줄기세포 연구는 다방면에서 시행되어야 하며 세포 외 기질 치료방법도 그중 하나일뿐이다.

연표[편집]

생쥐의 배아줄기 세포
  • 1908년: 러시아 러시아 알렉산터 막시모프가 베를린 혈액학회의에서 줄기세포(stem cell)라는 용어를 제안했다.
  • 1952년: 미국 미국 최초로 수정란 분할로 개구리 복제에 성공했다.
  • 1963년: 캐나다 캐나다 토론토 대학교의 어니스트 매컬럭과 제임스 틸이 최초로 줄기세포의 존재를 증명했다.
  • 1978년: 영국 영국 인간복제에 초석이 되는 시험관 아기를 최초로 탄생시켰다. 그러면서 Hematopoietic 줄기 세포는 인간의 제대혈에서 발견된다는 사실을 알아내었다.
  • 1983년: 미국 미국 수정란 분할로 를 복제했다.
  • 1997년: 영국 영국 체세포 복제로 복제양 돌리를 탄생시켰다.
  • 1998년: 미국 미국 위스콘신 의과대학교의 발생 생물학자인 제임스 톰슨(1958년 출생)은 인간의 배아줄기세포를 잉여 수정란에서 세계최초로 분리하여 배양하였다. 연구 결과는 1998년 11월 6일 사이언스 저널에 게재되었다.
  • 2004년: 한국 한국 서울대학교 황우석 교수가 인간 난자를 이용한 배아줄기세포를 성공했다고 발표했지만 이는 거짓으로 밝혀졌다.
  • 2005년: 영국 영국 킹스턴 대학교 콜린 머거킨 교수는 세포 증식(Cell Proliferation) 최신호에 발표한 연구보고서에서 "우리는 배아줄기세포와 성체줄기세포의 성질을 모두 가진 특별한 세포군을 최초로 발견했다."고 밝혔다. 국제우주정거장 관련 기술을 사용해 무중력 상태에서 세포를 배양했다. 배아는 생명윤리논란을 불렀는데, 이번 연구에서는 배아가 아니라 제대혈에서 세포를 추출했다.[1]
  • 2007년: 미국 미국 올리버 스미시스(82. 노스캐롤라이나 대학교), 마리오 카페치(70. 유타 대학교), 영국 영국 마틴 에반스(66. 카디프 대학교)가 배아줄기세포 연구로 노벨 의학상을 수상했다. 유전자 치료법이라는 현대 의학의 새로운 개념이 정립되었다.[2] 이들은 유전자 적중법(gene-targeting)을 이용해 특정 유전자를 조작한 생쥐배아줄기세포를 만들고 이를 이용하여 세계 최초로 특정유전자가 변형된 완전한 생쥐를 만들어 냈다.[3]
  • 2013년: 미국 미국 9년 전 황우석 박사가 세계최초로 성공했다고 발표했다가 거짓말로 드러났던 인간 배아줄기세포 복제를 미국이 세계최초로 성공했다. 황우석 교수의 방식과 거의 비슷한 방식이다. 오리건 과학 대학교 슈크라트 미탈리포프 박사팀은 2013년 5월 15일(현지시간) 과학잡지 ‘셀’(Cell)에 여성 난자에서 핵을 제거한 자리에 다 자란 피부 세포를 주입해 6개의 복제 배아를 만들어 다양한 세포로 분화하는 데 성공했다고 발표했다. 오송첨단의료진흥재단 이효상 박사는 배아복제, 경상대 수의대 출신 강은주 박사는 줄기세포를 담당해 논문의 공동저자에 이름을 올렸다. 미탈리포프 박사팀은 한 번에 난자 수백 개가 파괴됐던 기존 연구와 달리 이번엔 난자 2개 중 1개가 성공해 확률을 수백 배 끌어올렸다.[4][5][6]
인간에게 적용될 수 있는 줄기세포의 다양한 쓰임새.

줄기세포의 가치[편집]

줄기세포의 불멸성다분화성은 사람의 발생과정의 연구를 위한 좋은 in vitro model을 제공한다. 줄기세포의 분화과정을 연구함으로써 발생 및 분화과정에 작용하는 유전자들을 밝히게 되며, 이러한 연구는 사람의 유전체 지도가 완성되면 가속될 것으로 예상된다. 또 줄기세포로부터 얻은 균질한 사람의 조직이나, 세포를 대상으로 약물검사, 독성검사를 수행하게 됨으로써 신약개발이 활발해질 것이다. 그러나 무엇보다도 줄기세포가 미래에 갖는 최고의 가치는 훼손된 조직을 대체할 수 있는 세포나 조직을 다량으로 얻을 수 있게 되어 난치성 질병의 치료에 이용할 수 있다는 점이다. 예를 들면 퇴행성 뇌질환의 하나인 파킨슨병도파민을 생성하는 신경세포가 사멸됨으로써 유발되며, 치료법으로는 태아의 뇌조직을 이식하는 것이 가장 효과적인 방법으로 알려져 있다. 하지만 태아 뇌조직은 매우 한정되어 있을 뿐만 아니라, 많은 윤리적, 사회적 문제를 야기시킨다. 줄기세포로부터 도파민성 신경원세포의 분화를 유도시키는 방법을 개발하면 도파민성 신경원세포를 다량으로 얻어 파킨슨병 환자에게 이식할 수 있을 것이다. 또, 인슐린을 분비하는 β세포를 다량으로 얻게 될 경우, 인슐린 주사에 의존하는 제1형 당뇨병 환자를 치료할 수 있을 것이다. 뿐만 아니라 120경에 달하는 현재의 세계 의료 시장을 전부 재편할 수 있는 꿈의 재생의학으로 가치는 갈수록 수직 상승하고 있다.

생명윤리법[편집]

대부분의 국가들은 생명윤리법을 제정하고 있으며, 한국은 생명윤리 및 안전에 관한 법률이 있다. 동법은 배아줄기세포를 만들기 위해 생명체로 자랄 수 있는 배아(신선배아)를 이용하는 행위를 금지하고 있다. 줄기세포를 추출하고 나면 배아가 파괴될 수밖에 없기 때문이다. 따라서 정자와 수정되지 않은 난자(미수정란)나 불임치료 후 남아 폐기할 예정인 배아(냉동배아)만 쓸 수 있다.[7] 기증난자로는 연구할 수 없다. 황우석 박사는 기증난자를 사용했으나, 법률개정 전이었다.

그러나 미국은 기증난자로 연구하는 것을 허용하고 있다. 2006년 6월 하버드 대학교는 기증난자를 사용해 체세포 배아복제 연구를 시작했다.[8] 2013년 황우석 박사의 연구방식과 거의 비슷한 방식으로 배아줄기세포 복제를 9년 만에 성공했는데, 이 때도 황우석 박사처럼 기증난자를 사용했다.

현재 줄기세포 연구의 해결과제[편집]

줄기세포를 질병치료에 이용하기 위해서는 먼저 다음과 같은 문제가 해결되어야 한다.

  • 첫째, 줄기세포를 다량으로 생산하기 위한 조건 즉, 미분화상태를 유지시키는 성장인자와 그 작용 메커니즘을 밝혀야 한다.
  • 둘째, 줄기세포가 여러 종류의 세포로 분화하는 과정에 대한 분자생물학적 이해가 필요하며, 이를 이용하여 필요한 세포로의 분화를 유도하는 방법을 개발하여야 한다.
  • 셋째, 분화된 세포를 미분화세포 및 기타 다른 세포로부터 선별하는 방법이 확립되어야 한다.
  • 넷째, 줄기세포가 이식 후 숙주조직과 조화를 이루어 재생의 효율을 증가시키는 방법을 연구하여야 한다. 특히 신경조직을 이식하는 경우에는 신경회로망의 회복까지도 염두에 두어야 할 것이다.
  • 다섯째, 면역거부반응을 최소화하기 위하여 다양한 유전형을 지닌 줄기세포를 확보하여야 한다.

혹은 복제양 돌리를 생산할 때 사용되었던 핵치환 방법으로 환자 자신의 세포로부터 줄기세포를 얻는 방법도 고려해 볼 수 있다.

  • 여섯째, 필요에 따라 줄기세포에 유전자를 이입 하거나 재조합함으로써 줄기세포의 효용성을 증가시키는 방법도 개선되어야 할 것이다.

참고 문헌[편집]

  • madang.ajou.ac.kr/~ydpark/lectures/.../S20050609PCW.ppt
  • kdcp.hallym.or.kr/education/StemCell05.ppt
  • biosci.snu.ac.kr/includes/download.php?file=2-2
  • 에비뉴 여성의원 조병구 원장[모호한 표현]
  • 두산동아 백과사전

함께 보기[편집]