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[창간특집②]"손상된 심근 되살려라" 줄기세포 치료제는 진화 중국내외 임상서 효과·안전성 입증…동물실험 동종간이식서 효과 확인
박선혜 기자  |  shpark@monews.co.kr
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[1호] 승인 2017.07.24  12:00:07
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도마뱀은 신체 일부가 잘려나가도 시간이 지나면 다시 본모습을 찾고, 열대어인 제브라피쉬는 심실에 손상을 입어도 30~60일이 지나면 심장이 재생된다. 이러한 회복력은 손상된 장기나 조직으로 재생하는 능력을 갖춘 '줄기세포(stem cell)' 덕분이다.

줄기세포는 재생 및 복원 능력으로 손상된 부위를 치료할 수 있다는 점에서 2000년 초반부터 의료계 화두로 떠올랐고, 마땅한 치료법이 없는 난치병 환자들의 희망으로 주목받았다.

이러한 열풍은 심장질환 치료에도 이어졌다. 심근은 한 번 문제가 생기면 원래 상태로 돌아가지 못하며 현재 치료법만으로는 심근 소실과 혈류 감소 등의 병인에 대해서 제한적인 효과만 가진다.

때문에 고장난 심장을 줄기세포 치료제로 다시 살리려는 움직임이 이어졌고, 사람 대상의 임상시험 결과와 아울러 새로운 기술을 도입한 치료법 등이 속속 등장하고 있다.

하지만 줄기세포 치료제로 심장을 고쳤을 때 환자가 느끼는 효과, 환자의 삶의 질과 함께 규제 등 한계를 안고 있다는 점에서 일반적 치료로 자리 잡기 위한 과정은 쉽지 않아 보인다.

심장질환 치료 분야에서 줄기세포 치료제가 갖는 의미와 연구 동향 그리고 앞으로 해결해야 할 문제점 등을 짚어봤다.

[창간특집①]심장 줄기세포 치료제 '돌파구'를 찾아라
[창간특집②]"손상된 심근 되살려라"…줄기세포 치료제는 진화 중
[창간특집③]줄기세포 치료제, 풀어야 할 과제는?
[창간특집④]"줄기세포 치료제 정착 위한 합리적 규제 마련돼야"

2000년대 초반부터 연구 활성화

2000년 초반부터 불붙기 시작한 줄기세포 치료제 연구는 동물실험을 넘어 임상시험을 통해 심장질환 치료 효과와 안전성 관련 근거가 쌓이고 있다. 

단 약물 관련 임상시험처럼 동물실험에서 확인된 효과가 사람에서도 동일하게 나타나기 어렵기 때문에, 동물실험에서 메커니즘을 확인 후 임상시험에서 효과와 안전성을 검증하는 방향으로 연구가 이뤄진다.

세계적으로는 미국과 일본에서 임상시험을 대체로 시행하고 있으며, 국내에서는 동물실험을 주로 진행하고 있다. 

최근에는 동종간 줄기세포 이식, 새로운 기술을 적용한 줄기세포 치료 등과 같이 새로운 치료법이 연구에서 성과를 내면서 줄기세포를 이용한 심장질환 치료 적용 범위는 점차 넓어질 전망이다.

경색 부위에 줄기세포 치료 후 심장기능 개선

줄기세포 치료 연구가 한창이던 2000년대 초, 자가 골격근 줄기세포를 이용해 심장질환 환자의 좌심실 기능을 개선한 임상시험 결과가 발표되면서 학계의 관심을 끌었다(Lancet 2001;357(9252):279-280).

프랑스 Hospital Bichat Claude Bernard의 Philippe Menasche 박사는 좌심실 구혈률이 0.35% 미만으로 심각한 상황인 좌심실 기능저하 환자들에게 관상동맥 우회술을 시행하면서 동시에 경색이 나타난 부위에 직접 줄기세포를 이식했다.

11개월 후 환자들의 예후를 평가한 결과 운동성이 없었던 좌심실 수축 기능이 60% 향상됐고 구혈률도 증가했다.

하지만 치료받은 참가자 중 40%에서 심실성 부정맥이 나타났고 심실제세동기가 필요했다. 이에 줄기세포 치료제 연구가 이뤄지던 초창기라는 점을 고려했을 때 향후 연구에서는 이러한 문제를 해결해야 할 것으로 분석됐다.

이어 2012년에 발표된 CADUCEUS 임상1상에서는 심장공유래세포(cardiosphere-derived cell)를 이용한 치료제가 심근경색 환자 치료에 효과를 보인다는 점을 입증했다(Lancet 2012;379(9819):895-904).

미국 세더스-시나이 심장연구소 Eduardo Marbann 박사가 심근경색을 겪은 환자들을 환자 본인의 심장공유래세포로 치료한 결과, 심근경색으로 심근에 생긴 흉터 크기가 눈에 띄게 감소했다. 게다가 줄기세포 치료 후 건강한 심근 세포가 상당히 증가한 것으로 나타났다.

연구팀은 심근경색을 경험한 환자 25명(평균 나이 53세)을 운동, 생활습관 교정, 일반적 치료를 받는 대조군에 8명, 심장공유래세포를 통한 줄기세포 치료군에 17명으로 무작위 분류했다.

치료 1년 후 예후를 확인한 결과 줄기세포 치료군의 심근 흉터 크기는 평균 24%에서 12%로 50%가량 감소했다. 단 대조군의 심근 흉터 크기에는 변화가 없었다.

Marbann 박사는 논문을 통해 "심근경색을 경험한 환자에게 관상동맥을 통해 심장공유래세포를 주입한 결과 건강한 심근이 재생된다는 점은 물론 안전성을 입증했다"며 "이번 결과를 통해 줄기세포 치료제가 손상된 심근을 되살릴 수 있음을 확인했다"고 강조했다.

동종간이식·3D 세포 프린팅 이용 치료 가능성 확인

이와 함께 최근에는 동물실험을 통해 줄기세포 치료제의 또 다른 가능성을 확인한 연구 결과가 발표되면서 새로운 패러다임 변화를 예고하고 있다.

지난해 일본 신슈대학 Yuji Shiba 박사는 건강한 원숭이의 유도만능 줄기세포를 이용해 세포판을 만들어 심근경색을 앓고 있는 원숭이에게 이식했다. 그 결과 3개월 후 심장기능이 5~10% 정도 개선되는 효과가 나타났다(Nature 2016;538(7625):388-391).

Shiba 박사는 "동종 간 줄기세포 이식을 통해 심근경색 치료 효과를 확인했고 향후 부정맥 등에도 적용 범위를 넓힐 수 있을 것"이라며 "사람에게 적용할 경우를 대비해 부작용을 예방하는 방법 등을 연구할 계획"이라고 밝혔다.

고려의대 주형준 교수는 "미국에서는 이러한 연구를 7~8년 전부터 시도하고 있었고, 이 같은 조직공학적 기술들이 줄기세포 치료에 접목되고 있는 상황"이라며 "영장류 실험에서 가능성을 확인했다면 향후 사람에게도 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

아울러 가톨릭의대 박훈준(서울성모병원 순환기내과)·포스텍 조동우(기계공학과) 교수팀은 지난 1월 3D 세포 프린팅 기법으로 세계 최초로 허혈성 심질환 환자의 심기능을 회복할 수 있는 심근패치를 개발했다(Biomaterials 2017;112:264-274).

연구팀은 심장에서 유래한 세포 외 기질 바이오잉크를 이용해 심장 줄기세포와 중간엽 줄기세포를 3D 세포 프린팅으로 이중배열하고 내부에 혈관내피성장인자를 넣었다.

이를 심근경색이 발병한 쥐의 심장에 이식한 결과 경색 부위 섬유화가 감소했고 모세혈관이 증가해 심장기능이 개선됐다. 아울러 심근패치로부터 심장 줄기세포가 경색 부위로 이동해 신생 혈관이 생성되고 일부는 심근세포로 분화하는 것으로 확인됐다.   

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