효율·안전성 확립 통해 임상적용 목표로 연구 중








이 명 철
서울의대 교수, 서울대병원 정형외과

　연골 재생을 위한 세포 치료제 개발

　성인에서 손상을 입은 관절 연골은 자가 치유 능력이 매우 제한되어 있어 작은 결손이라도 치료하지 않았을 때 미만성의 퇴행성 변화로 진행할 수 있다는 것이 잘 알려져 있다.

　현재 연골 손상에 대한 치료는 첫째, 동종 또는 자가 골연골조직을 이용한 결손부위의 충전, 둘째, 미세 골절술 등 골수를 자극하여 섬유연골조직의 형성을 도모하는 방법, 셋째, 골막이나 연골막 등의 연골전구세포를 이용해 분화를 유도하는 방법 등이 있는데 이들 방법들의 결과는 연구자에 따라 상이하여 일관되게 만족스런 결과를 얻기 위한 개선이 요구된다고 할 수 있다.

　현재 연골재생용 세포치료제라고 할 만한 것은 자가 연골세포이식술이며 현재 조직 공학적 연골 재생에 있어서 임상 적용이 되는 제품들은 대부분 이를 기본으로 하고 있는데 자가연골세포, 골수로부터 유래되는 자가줄기세포, 골외막에서 유래되는 골외막세포의 세가지 세포원이 재생 조직을 형성한다.

　본 연구에서 적용하고자 하는 활액막세포에 대한 연구는 최근 5~6년간 활발하게 진행되고 있는데, 관절연골 손상에서 현재 유일하게 이용되고 있는 자가관절연골세포는 공급의 제한 등의 이유로 대체가 반드시 필요하고, 활액막세포는 손상부위와 동일한 관절 내에서 얻을 수 있는 세포원이라는 점과, 충분한 양의 세포를 얻을 수 있다는 점, 양질의 연골생성능이 있다는 점에서 장래성이 있다.

　줄기세포의 분리 및 연골형성의 최적화가 개발의 핵심이며 두 분야 모두 제한적이나 충분한 가능성을 보여 양질의 연골이 재생하기 위한 최적 배양조건을 확인하였다.

이와 같은 세포의 적용에 있어서 반드시 고려해야 할 점은 손상 및 결손 부위로의 세포의 운반과 부착에 대한 문제이다.

　여러 생체실험에서 경험되었던 바 적절한 연골형성능을 가진 세포라 하더라도 정확한 위치로 운반이 불가능하거나, 부착능이 떨어진다면 세포치료제로서의 가치는 떨어진다고 볼 수 있는데 이에 상대적으로 연구가 부족했던 세포의 이동과 세포 사이 또는 세포와 기질 사이의 부착에 대해 연구가 진행되었으며 자성을 가진 입자 및 자석을 이용하여 목표지점으로의 세포이동을 하는 실험은 연골세포 또는 활액막세포에서의 적용에 대한 가능성을 보여주고 있다.

　현재 데이터에 의하면 세포이동이 가능한 양의 자성 입자를 연골세포 또는 활액막세포 내 함입할 수 있었으며, 독성실험을 통하여 세포생존 및 증식에 필요한 적절한 양을 확립하였다. 또한 chondroitinase와 transglutaminase 등 세포의 부착에 관여하는 효소를 이용, 연골 및 활액막세포의 부착 및 생존, 분화에 대한 분석을 수행 중이다.

　이와 같이 세포원의 확보와 자성 및 효소를 이용한 세포의 부착은 현재 시행되고 있는 시술에 접목이 가능하여 각각의 의미와 가능성을 보여 주며 각 단계의 연구가 접목되어 이상적인 결과를 낼 때에는 기존 임상 적용되고 있는 시술방법에 상당한 변화를 가져올 것으로 사료된다.

　활액막세포를 이용하여 현재까지 실험적으로 재생된 연골은 기존 임상적용되었던 연골세포 이식술과 마찬가지로 아직 미성숙된 부분을 가지고 있어 재생조건의 최적화를 통하여 성숙한 조직으로 리모델링되고 필요한 생역학적 성질을 획득해야 하는 점, 자성입자의 체내에서의 장기간 유지 및 이동성 확보, 세포부착효소의 dose-response 및 효율성, 안정성의 확립을 통하여 임상적용을 가능하게하는 것이 향후 연구의 목표라고 할 수 있다.

　뼈재생을 위한 세포치료제 개발

　골절 등의 가벼운 뼈 손상은 가벼운 외과적 처치에 의해서 치유가 가능하지만 불유합, 지연유합, 골손실 혹은 골괴사 등과 같은 근원적으로 골생성세포의 접근이 곤란하거나 세포수나 활성이 부족하여 자가골이식외에는 대안을 찾기 어려운 골질환들이 존재한다.

체외배양 뼈형성세포를 사용한 치료방법은 이러한 난점을 해소하기 위한 새로운 대안으로 인식되고 있다. 뼈형성세포는 간엽줄기세포가 기원이며 정상 뼈나 지방, 혈액 등으로부터도 일부 채취가 가능하지만 최소한의 침습과 최대한의 세포수율을 기대할 수 있는 채취부위는 골수이다.

　골수에는 혈액관련 세포 외에 간엽줄기세포로도 불리는 골수기질세포가 다량 존재한다.

　골수기질세포를 이용하여 뼈재생에 사용하는 기술은 크게 1 골수 자체의 이용, 2 골수유래 유핵세포만을 분리 이용, 3 골수기질세포를 증식시켜 세포치료제로 이용, 4 골수기질세포를 골모세포로 증식 및 분화시켜 세포치료제로 이용하는 기술 등이 있으며 일부는 이미 개발되었고 일부는 현재 개발 중에 있다.

　이러한 기술들은 나름대로의 장점과 단점들이 존재하므로 재생시키고자 하는 골질환의 범위와 상태에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.

　현재 개발완료된 뼈세포치료제(오스템, 세원셀론텍㈜)는 골수에서 채취한 뼈형성세포를 다량 증식, 분화시켜 제조된 세포치료제로 골형성이 필요한 경우 골이식을 대체할 수 있는 유효성 측면에서 최선의 방법이라고 볼 수 있다.

　그러나 이 세포치료제는 약 1개월 이상의 세포배양공정이 요구되고 제조후 3일안에 사용해야 하는 단점이 있으며 따라서 시술의 편의성을 증대하고 환자의 대기시간을 혁신적으로 단축하며 환자의 다양한 상황에 대응할 수 있는 새로운 개념의 뼈조직재생용 복합치료제 기술의 추가개발이 요구된다.

　이러한 뼈조직재생용 복합치료제 기술은 뼈조직 재생이 필요한 환자로부터 적당량의 말초혈액 혹은 골수를 채취하여 세포를 분리하고 이를 재생하고자하는 뼈조직에 맞는 적절한 제형의 기질 및 배지성분과 혼합하여 환자에게 조기에 시술함으로써 손상된 뼈조직의 재생을 도모하는 기술이며 이러한 기술은 세포증식 및 배양에 필요한 기간을 제거함으로써 뼈질환의 진단후 단기간안에 뼈손상환자에게 시술함으로써 조기에 정상적인 자기 뼈로의 재생 혹은 유합효과를 기대할 수 있다.