손상 척수에 자가골수 중간엽 줄기세포 직접주입 수술법 새롭게 제시
서울아산병원 신경외과 전상용 교수팀은 박 모 씨에게 자신의 줄기세포를 손상된 척수부위에 주입하는 수술을 통해 팔다리를 움직일 수 있는 행복을 되찾게 됐다고 보고했다.
1998년 교통사고를 당한 박 모 씨(당시 33세)는 목 부위의 척수손상으로 인해 하반신의 감각과 움직임이 전혀 없게 됐다. 상반신은 감각이 없는 상태로 팔이 조금씩 움직일 뿐이었고 냄새도 제대로 맡을 수 없었다. 바로 사지마비라는 진단을 받게 된 것이다.
한 순간의 사고는 박 모 씨와 가족의 삶을 송두리째 흔들어 놓았다. 박 모 씨는 회복을 위해 재활치료와 중국에서 침 치료를 받는 등 모든 방법에 매달려 봤지만 8년 동안 증상은 호전되지 않았다.
그러다 2006년 10월 서울아산병원에서 자신의 줄기세포를 손상된 척수부위에 직접 주입하는 수술을 받게 되면서 일상의 작은 행복을 다시 누릴 수 있게 됐다.
수술 일주일 후 치약냄새를 맡을 수 있어 너무 놀라웠다는 박 모 씨는 2007년부터 상반신 감각이 돌아왔으며 팔 전체에 힘이 생겨 두 팔을 위로도 쭉 뻗을 수 있게 됐다.
특히 손가락 힘이 좋아져 무거운 물건을 잡을 수 있게 됐고 숟가락과 젓가락을 사용해 음식도 먹을 수 있게 된 것이다.
이처럼 교통사고, 추락사고, 폭행 등의 원인으로 사지가 마비된 만성 척수손상 환자에게 자신의 줄기세포를 손상된 척수부위에 직접 주입하는 수술을 시행해 치료효과를 객관적으로 입증한 연구결과가 국내 의학자에 의해 세계 최초로 학계에 발표됐다.
서울아산병원 신경외과 전상용(남, 49세) 교수팀은 목 뼈를 다친 만성 척수손상 환자 10명에게 자가골수 중간엽 줄기세포를 손상된 척수부위에 직접 주입해 장기간 추적 관찰한 연구결과 10명 중 3명의 환자에게서 일상생활이 개선되는 등 증상이 호전되는 변화를 확인했다고 국제 저명 학술지이자 미국신경외과학회 공식학술지인 '뉴로서저리'(Neurosurgery) 최신호를 통해 밝혔다.
또한 전상용 교수팀은 이번 연구를 통해 자가골수 중간엽 줄기세포를 이식한 척수손상 부분의 상처(cavity)가 사라지는 자기공명영상촬영(MRI) 상의 변화가 점차적으로 나타나는 점을 학계에서 세계 최초로 입증해 신경학적 호전의 증거를 객관적으로 제시했다.
아울러 지금까지 보고된 척수손상 치료법은 척추 신경막 내로 줄기세포를 주입하는 방법이 유일했지만 전 교수팀은 자가 중간엽 줄기세포를 손상된 척수에 직접 찔러 넣어 주입하는 수술기법을 학계 최초로 새롭게 제시해 영구적인 부작용 없이 시술 가능하다는 것을 보여주었다.
일상생활 개선과 MRI 상 척수 상처(cavity) 회복 확인
10명의 환자는 척수손상 기간이 최소 1개월에서 최대 8년의 만성 척수손상 환자들로서 만성환자를 대상으로 시행된 줄기세포 척수손상 치료연구는 이번이 국내에서 처음이다.
수술을 받은 10명의 만성 척수손상 환자 중 6명은 전기 생리학적 변화를, 7명은 MRI 상의 변화를 나타냈다. 특히 이 중 3명의 환자는 일상생활의 개선을 가져올 만한 팔의 운동기능 향상을 보였다.
일상생활의 개선을 보이지 않은 나머지 7명의 환자들 중 3명은 측정상 경미한 팔의 근력향상을 보였다. 1명의 환자가 부작용을 보였으나 일시적이고 경미한 감각이상 이외에는 발견되지 않았다.
일상생활의 개선을 가져올 만한 팔의 운동기능 향상을 보인 3명은 스스로 보조기구를 이용해 밥을 먹을 수 있고 혼자 힘으로 앉을 수 있게 됐으며 엄지 손가락에 힘이 생겨 물건을 잡을 수 있어 숟가락을 꼭 쥐고 음식을 떠 먹을 수 있게 됐다. 이 점은 근력측정 변화로도 나타났다.
특히 이 3명 중 1명인 박 모 씨의 경우 미국척수손상협회(ASIA)에서 정하는 척수손상 B등급(불완전한 감각이 있을 뿐 운동기능이 없는 경우)의 사지마비환자였지만 근력검사 상 손가락 운동측정이 1단계(수축은 가능하나 능동적 관절운동이 불가능)에서 2단계(중력과 충분한 저항하에서 능동적 정상 관절운동)로 향상됐다.
그리고 팔의 운동능력 향상을 보인 환자 3명의 MRI를 장기적이고 반복적으로 촬영한 결과, 손상부위 상처(cavity)가 사라지는 모습이 관찰됐으며 상처주위 경계가 없어지고 내부에 길쭉한 실과 같은 형태가 보이기 시작했다.
이러한 변화에 대해 연구진은 신경조직이 재생한 것으로 볼 수 있다고 설명했고 이는 자가골수 중간엽 줄기세포 치료효과를 객관적으로 입증한 것이라고 덧붙였다.
손상척수 안으로 줄기세포 직접 주입-기존 치료법과 차이
한편 최근까지 줄기세포를 이용한 척수손상 치료에서 후각세포(Olfactory ensheathing cell), 신경섬유초세포(Schwann cell) 등을 손상된 척수 내로 찔러 넣는 방법은 보고된 바 있다.
하지만 자가골수 중간엽 줄기세포를 손상된 척수 내로 직접 주입하는 방법은 시도되지 않았고 인체의 척추 신경막 내로 주입하는 치료방법 만이 보고된 바 있다.
현재까지 동물실험을 통해 척수 내 직접 주입법이 가장 효과적이라고 알려졌으나 그 위험성 때문에 사람에게는 시도하기가 어렵다고 여겨왔다.
전 교수팀은 높은 위험성으로 시도되지 않았던 자가 중간엽 줄기세포를 직접 주입하는 방법을 시도해 그 효과와 안정성을 입증한 것이다.
먼저 전 교수팀은 중간엽 줄기세포를 환자 자신의 엉덩뼈에서 채취해 충분한 세포수를 확보하기 위한 배양을 거친 후, 척추 후궁절제술로 신경막을 열고 손상된 척수에 800만개의 줄기세포를 직접 주입했다.
이후 척추경막을 봉합하는 과정에서 신경막 하 공간에 4천 만개를 주입하고 수술을 완료했다. 수술 후 4주와 8주째에는 주사기를 사용해 척추 요추 천자를 시행해 5천 만개를 주입했다.
만성 척수손상 환자의 경우 척수의 손상된 부위가 안정화된 상태이므로 줄기세포를 혈관주사나 동떨어진 부위의 경막하 공간에 주입하더라도 줄기세포가 병소로 찾아 들어가는 귀향 효과에 필요한 신호를 내지 않아 병소로 들어갈 수 없다. 정맥주사의 경우에도 많은 수의 세포가 폐 조직에 걸러져 병소에 다다르기가 힘들다.
이에 전 교수팀은 신경조직의 재생이 일어나야 하는 척수손상 부위에 직접적으로 주입하는 방법을 선택하였다. 이후에 주입된 줄기세포가 조직 내의 반응을 일으키고 귀향 효과를 나타낼 것이라 예측해 척추 요추 천자를 통해 추가적 줄기세포를 주입했다.
전상용 교수는 “이번 연구는 만성 척수손상 환자에 자가 중간엽 줄기 세포를 직접 주입하는 방법이 영구적인 부작용이 없고 운동기능 향상에 성공했음을 학계에서 세계 최초로 보고한 내용으로 이 연구는 향후 척수손상의 줄기세포 치료에 초석이 될 것으로 기대하고 있다”고 말했다.
줄기세포 이용한 척수손상 치료의 가능성 확인
최근 들어 줄기세포 치료에 대한 새로운 연구결과들이 보고되면서 세계적으로도 줄기세포 치료가 초미의 관심사로 대두되고 있다.
줄기세포 연구는 인체의 발병 원인 및 발생과정을 연구하는 중요한 대상이 될 뿐만 아니라 미래의 세포치료제로서도 이용될 수 있어 그 중요성이 더욱 강조되고 있다. 특히 대표적 난치성 질환인 척수손상 치료에 있어서도 많은 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.
전상용 교수는 “줄기세포의 유전자 조작, 주입되는 줄기세포의 최적량 확립, 효과가 더 높을 것으로 생각되는 급성기 척수손상 환자에의 적용, 지지체의 병용, 치료 후 변화관찰을 위한 영상기술의 개발 등이 필요하다”고 밝혔다.
이어 “줄기세포의 치료효과는 입증됐으나 몇몇 환자에서 팔의 일부 힘만 좋아지는 점으로 보아 아직까지는 줄기세포의 치료효율이 높지 않을 수 있어 향후 이에 대해 더 많은 연구가 필요하다”며 이번 연구가 세계적으로 많은 의학자, 과학자 들이 용기를 갖고 이 분야에서 왕성한 연구를 시작하게 되는 계기가 되길 바란다고 덧붙였다.
한편 전상용 교수팀은 서울아산병원에서 이와 같은 연구결과를 토대로 자가골수 중간엽 줄기세포를 이용한 만성 척수손상 치료의 3상 임상연구 중에 있다.
