인구고령화 따라 수요 급증 예상
재생의학은 생명과학과 공학의 기본 개념과 기술을 통합 응용하는 학문영역으로 줄기세포, 조직공학 등 세포와 생체재료를 혼합해 손상된 조직이나 장기의 기능을 복원하는 의학 분야로 환자의 세포 단위를 치료하는 세포치료를 일컫는다.
이는 인체의 생물학적 기능 손상을 회복하기 위한 여러 접근 방법 가운데 가장 최신의 개념으로 기존의 외과적 치료 개념과는 다른 새로운 치료 패러다임이다.
일반적인 외과적 치료는 정상적인 생리 기능을 상실한 손상 부위를 절제한 다음 이 기능을 복구·수복하는데 집중돼왔다.
또는 조직의 손상이 너무 커서 자연적인 치유과정으로 본래의 조직으로 되돌아 갈 수 없을 때는 인공관절이나 인공혈관과 같은 기계적 생리운동기능이나 인공안구나 각종 보형물 등 해부학적 형태의 수복을 위한 기구로 치환하는 것이었다.
이 같은 금속이나 고분자 등 합성재료를 이용한 장기기능 및 생체조직 대체술은 20세기 들어서 임상응용에 활발히 이용되고 있으며 특히 인구의 고령화는 수요를 더 많이 낳고 있다.
미국 노인 5명 중 1명 장기 이식 필요
이중 35%는 바이오장기 공급될 듯
세계적으로 장기이식술은 의료지출의 8%를 차지, 이로 인해 연간 약 455조원을 지출하고 있는 것으로 나타났으며 미국에서는 65세 이상의 노인연령층에서 5명 중에 1명 꼴로 일시적 또는 영구적으로 장기이식술을 받아야 하는 것으로 분석됐다.
미국의 경우 조직이나 장기의 손실로 인해 발생하는 외과 수술이 연간 800만건이며 이로 인해 발생하는 비용은 연간 1000조원에 달하며 현재 계속 증가하는 추세다.
전문가들은 이중 35% 정도가 기존의 금속이나 합성물질이 아닌 재생의학의 분야인 바이오 생체 조직공학 제품을 통해 공급될 것으로 예측하고 있다.
더구나 65세 노인 연령층이 2010년에는 세계적으로 10~15% 이상에 이를 것으로 전망되며 상당수가 장기대체가 필요할 것으로 예상된다. 주지해야 할 사실은 고령화에 따라 장기기증자도 격감할 것이란 점이다(한국진공학회지;2007:16).
재생의학은 체외에서 처리한 세포를 이용한다는 점에서 세포기반치료라고 볼 수 있으며, 세포의 임상적 체내 전달 형태는 다르지만 일반적으로 기존의 이식 개념을 적용한다.
가톨릭의대 김정만 교수(서울성모병원 정형외과)는 "재생의학은 공학의 기본 개념과 기술을 통합 응용하는 학문 영역으로 줄기세포, 조직공학 등 세포와 생체재료를 혼합해 손상된 조직이나 장기의 기능을 복원하는 신개념 의학 분야"라고 정의했다.
가톨릭의대 이일우 교수(대전성모병원 신경외과)는 "재생의학으로 환자에 대한 어플리케이션이 상당히 다양해지고 치료의 패러다임을 바꿀 수 있을 것"이라고 전망했다.
각종 난치병의 치료에도 좋은 성과를 보이고 있지만 장기이식 분야에 있어 새로운 영역을 구축하고 있다는 것.
이 교수는 "기존 장기이식이 동종, 이종 장기와 인공장기로 구분됐다면 재생의학으로 바이오 장기라는 새로운 분야가 더 생긴 것으로 볼 수 있다"며 "재생의학의 범주에는 인공장기도 포함되지만 현재 바이오 장기의 연구가 활발히 이뤄지고 있으며 향후 바이오 장기의 임상적용이 더욱 커질 것"이라고 말했다.
증식력 조절되는 성체줄기세포
배아줄기세포보다 임상 적용 활성화
줄기세포에 의한 장기 기능 개선효과가 보고된 이후 각 임상영역에서 세포치료를 도입하려는 시도가 활발히 일어나고 있으며 최근에는 성체줄기세포의 세포치료가 활발히 연구되고 있는 추세다.
성체줄기세포가 배아줄기세포에 비해 임상적용에 활발히 이용될 수 있는 이유는 증식력이 조절된다는 점이다. 이는 성체줄기세포가 가지고 있는 단점에 해당하면서도 몸 안에 들어가서 지나친 증식을 하지 않고 생리적 조건에 따라 조절됨으로 인해 배아줄기세포에서와 같은 기형종 발생이 없으므로 안전성에 있어 탁월하다는 장점이 있다.
또 이들 세포들이 조직 내에 침투된 후 조직특이적 분화되는 능력이 있다는 점도 과학자들이 주목하는 점이다.
연구에 의하면 동일한 줄기세포라 할지라도 연골, 근육, 지방조직 등 신체 내 자리하는 위치에 따라 각기 다른 방향으로 분화할 수 있고 성체줄기세포를 주입하는 과정에 따른 이물감 현상이 적을 수 있다.
그만큼 안전성이 높다는 것으로 향후 의학의 다양한 분야에서 세포치료를 통한 장기재생을 시도하는 재생의학의 영역이 확장될 것이란 전망이다.
조혈모·중간엽줄기세포
혈관재생·허혈성 심장질환 적용 활발
성체줄기세포 중에서도 가장 활발히 응용되고 있는 것이 조혈모세포와 중간엽 줄기세포다.
조혈모세포의 경우는 전통적으로 골수이식과 백혈병 치료를 통해 임상적용이 활발히 이뤄지고 있는 분야지만 최근에는 분화유연성을 응용한 비혈액계 장기재생치료에 응용되기 시작했으며 조혈모세포가 갖고 있는 공여자 특이적 면역관용을 응용한 장기이식의 면역관용유도와 면역치료에도 응용되기 시작했다.
특히 과거 뼈, 연골 등으로 분화하는 것으로 생각했던 중간엽줄기세포가 최근에 다중분화능력을 가진 것으로 보고되면서 간세포, 신경세포 등의 세포로 분화할 수 있다는 사실이 보고되고 있고 이들을 이용한 세포치료제 개발도 활발히 진행되고 있다.
세포치료의 대표적인 임상 사례는 혈관재생 및 허혈성 심장질환에 대한 적용이다. 이미 외국 뿐만 아니라 국내에서도 버거씨병이나 동맥경화에 의한 혈관폐쇄에 대해 자가골수세포를 주입함으로써 혈관형성이 새로 발생해서 말초혈액순환이 개선되는 것이 보고되고 있다.
혈관재생과 관련된 중요한 질환 중 하나는 심근경색증으로 조혈모세포가 직접 심근세포로 분화함으로써 심근을 재생시키는 효과가 밝혀지면서 임상 응용이 기대되는 분야다.
그러나 아직까지는 주입된 세포가 직접 심근을 재생하는지 내인성 심근줄기세포의 재생을 촉진하는지 또는 심근 내의 미세혈관체계에 대한 개선으로 인한 효과인지에 대한 명확한 규명은 이뤄지지 않은 상태다.
또 다른 분야로 뇌졸중에 대한 세포치료를 들 수 있다.
중간엽 줄기세포가 신경세포로 분화할 수 있는 능력이 있다는 것이 시험관 시험에서 보고되고 있으며 중간엽 줄기세포의 기능 중 자기 자신이 신경세포로 분화하는 것 이외에도 병변부위를 추적하는 능력이 있다는 것과 더불어 내인성 신경줄기세포의 증식을 촉진하는 효과가 있다는 것이 보고되고 있다.
이에 따라 자가골수세포나 타가 제대혈 등에서 기원한 중간엽 줄기세포를 단순 배양한 후 주입하는 것만으로도 상당한 임상적 효과를 얻을 수 있다는 것이다.
특이한 것은 세포를 뇌혈관이나 뇌실질에 직접 주입하지 않아도 단순정맥주사만으로도 어느 정도의 신경학적 개선을 보일 수 있다는 점.
이밖에도 최근에 개발되고 있는 세포치료는 무혈관성 대퇴골 괴사에서 골조직 재생치료와 척수손상에 대한 신경재생 세포치료, 당뇨병에 대한 세포치료 등 다양한 질환에 대해 시도되고 있어 향후 보다 광범위한 영역에서의 세포치료가 가능하게 될 전망이다.