최근 줄기세포 신 배양기술과 유전자변형 인간배아줄기세포주 개발로 줄기세포 연구의 우수성을 세계적으로 인정 받은 차병원그룹 통합줄기세포치료연구센터(공동소장 정형민, 김광수)는 세계 최초로 인간배아줄기세포를 이용한 혈관세포치료기술을 개발, 순환기 분야의 최고 전문 학술지인 "Circulation"(세계 상위 1% 이내)에 연구결과가 게재되어 대한민국 줄기세포 기술의 우수성을 다시 한 번 입증했다.

이번 차병원 통합줄기세포치료연구센터 정형민 교수팀이 세계 최초로 개발한 혈관세포치료기술은 줄기세포 분화유도 기술을 달리해 분화효율은 높이고 부작용은 전혀 없는 순수 혈관세포를 생산한 것으로 무엇보다 국내 연구기관에서 확립한 인간배아줄기세포주를 이용해 특정세포인 혈관세포로의 분화 유도와 생체실험을 통한 안전성 및 유효성을 입증한 첫 번째 사례로 그 의미가 매우 크다.

특히 차병원그룹의 생명공학 벤처기업인 ㈜차바이오텍에서는 이 기술을 바탕으로 향후 2~3년 내에 인간배아줄기세포를 이용한 혈관 관련 질환에 대한 세포치료제를 개발할 예정이어서 심장 및 혈관질환 치료에 획기적인 변화가 일어날 수 있을 것으로 기대된다.

인간배아줄기세포는 인체를 구성하는 200여종의 세포로 분화할 수 있는 만능세포다. 하지만 어떤 세포로도 분화할 수 있는 만큼 특정 세포로의 분화 유도가 매우 어려웠다. 또한 인간배아줄기세포가 실제 임상에서 안전하면서도 효과적인 세포 치료제로 활용되기 위해서도 인간배아줄기세포에 대한 고순도의 분화유도 기술이 무엇보다 중요하다.

이에 차병원 통합줄기세포치료연구센터 정형민 교수팀은 인간배아줄기세포에 대한 기존의 분화유도 방법인 세포분화유도물질 처리나 유전자 조작이 아닌 자연분화과정에서 혈관세포로 분화할 수 있는 전구세포만을 선별해 분화를 유도하고 고순도로 농축한 후, 테라토마 형성 등 부작용이 있는 세포를 제거하기 위해 유세포분석 시스템(FACS)을 이용해 순수 분리해 인간배아줄기세포를 특정 세포만으로 대량으로 증폭할 수 있는 기술을 개발했다.

이렇게 인간배아줄기세포로부터 분화를 유도한 세포가 혈관세포만이 갖고 있는 특이발현 유전자의 발현여부와 혈관세포만이 지니고 있는 특성을 확인하기 위해 ac-LDL uptake test, tubule formation test 등을 실시한 결과, 분화 유도된 혈관세포는 혈관세포 고유의 기능을 보유하고 있음이 확인됐다.

차병원 통합줄기세포치료연구센터 정형민 교수팀은 중증의 하지허혈(다리에 혈류가 원활하게 공급되지 못하는 질환) 동물에 인간배아줄기세포로부터 분화 유도된 혈관세포를 이식한 결과 한 달 만에 완벽한 치료성과를 확인할 수 있었다.

하지허혈 동물 중 한 마리는 배양액만을 이식하고(대조군), 다른 한 마리는 인간배아줄기세포를 이용한 혈관세포를 이식한(실험군) 결과 배양액을 이식한 동물은 2~4주 후에 혈액공급 중단으로 다리가 절단됐으나, 혈관세포를 이식한 하지허혈 동물은 이식된 혈관세포로부터 새롭게 혈관이 형성되어 다리가 절단되지 않았다.

또한 이식한 혈관세포가 정상적으로 생착되고 유지되고 있는지를 확인하기 위해 이식 6개월 후에 혈관세포를 이식한 동물조직을 분석한 결과, 이식된 세포가 정상적인 혈관을 형성했으며 새롭게 형성된 혈관 내에 이식한 세포가 여전히 존재하고 있음을 알 수 있었다. 그리고 동물 내에 새롭게 만들어진 혈관이 혈관으로서의 기능을 수행하고 있는지를 살펴보기 위한 면역분석 결과, 신생혈관 내에 적혈구를 비롯한 다수의 혈액세포가 존재해 혈관의 고유 기능을 수행하고 있음이 입증됐다.

더불어 동물 생체 내의 혈관세포가 인간배아줄기세포로 만든 혈관세포인지의 여부를 확인하기 위해 인간 Y염색체 존재 여부를 분석한 결과, 생체 내에 존재하는 세포는 동물이 아닌 인간 세포임이 확인됐다.

마지막으로 이식한 세포로부터 인간배아줄기세포에서 분화된 세포에서 볼 수 있는 테라토마 형성과 같은 부작용을 확인한 결과, 동물에게 이식 세포로 인한 부작용은 전혀 나타나지 않았다.

그리고 분화된 세포에 대한 배아줄기세포의 특성을 나타내는 다양한 인자들(분화를 유도했던 세포 이외에 다른 다양한 세포로의 분화 가능성을 나타내는 유전자)을 분자수준 및 세포수준에서 분석한 결과, 이러한 인자들이 전혀 발현되지 않음으로써(발현율 0%) 동물에게 이식한 세포가 완벽한 순수 혈관세포임을 다시 한번 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 실제 임상에 안전하게 적용할 수 있는 인간배아줄기세포를 이용한 세포치료제 개발에 한 발짝 다가간 크나큰 성과다.

이번 차병원 통합줄기세포치료연구센터의 연구결과는 국내에서 개발한 인간배아줄기세포를 사용해 세포치료기술을 개발한 첫 사례이자, 특정세포로의 분화유도와 생체실험을 통한 안정성 및 유효성을 입증한 최초의 연구결과다.

차병원 통합줄기세포치료연구센터 정형민 교수는 “혈관은 인체 조직에 산소와 이산화탄소를 공급하고 각종 영양 대사물을 전달하는 매우 중요한 기관이며 혈관 이상으로 인한 질환은 완치가 쉽지 않은 중증 질환이 많은 만큼 이번 연구결과는 향후 심근경색을 비롯한 다양한 심혈관계질환과 뇌졸중, 당뇨성 족부궤양, 버거씨병, 창상 등 혈관 이상으로 인한 다양한 질병 치료에 활용될 수 있는 획기적인 기술이 될 것”이라고 강조했다.

또한 정형민 교수는 “현재 국제적으로도 인간배아줄기세포를 이용한 세포치료제 개발은 아직 보고되어 있지 않고 있어, 이번 연구결과는 한국의 줄기세포 연구 역량을 국제적으로 인정받는 계기가 됐다”면서 “포천중문의대 차병원과 차바이오텍은 이번 연구결과를 토대로 2~3년 이내에 임상에 적용 가능한 세포 치료제를 개발할 계획”이라고 포부를 밝혔다.

이번 연구는 과학기술부 세포응용연구사업단과 ㈜차바이오텍의 연구지원을 받아 이루어졌으며 순환기분야에서 세계적인 권위를 자랑하는 "Circulation"지 11월20일자에 게재될 예정이다.

차바이오텍은 인류의 난치병 극복을 위해 2000년 차병원그룹이 세운 생명공학 벤처기업으로 현재 배아줄기세포와 성체줄기세포를 이용한 특정질환(성인백혈병, 당뇨병, 요실금, 뇌졸중, 뇌출혈 등)의 치료를 위한 세포분화유도 및 세포은행 확립에 전력을 다하고 있다.

차바이오텍은 이에 그치지 않고 국내 최고 수준의 BT 전문 인력을 300 여명으로 보강하고, 세포치료제를 생산할 수 있는 GMP시설 등 제반 인프라를 충실히 구축하고 있다.

또한 분당에 연건평 2천 여평의 줄기세포 연구 및 치료병원을 건립할 계획이며, 2010년까지 판교테크노밸리에 연건평 2만여평의 "차그룹 통합줄기세포 종합연구소"를 착공해 한국뿐만 아니라 세계적으로 인정받는 생명공학의 허브로 발돋움할 계획이다.