세계 최초 성인 체세포를 이용한 체세포복제줄기세포주 확립
Cell Stem Cell誌 게재, 향후 환자맞춤형 줄기세포치료제 개발 기대
차병원 줄기세포연구소 이동률 교수팀과 미국 차병원 줄기세포연구소 정영기 교수팀이 성인 체세포를 이용해 체세포복제줄기세포주를 확립하는데 성공했다고 밝혔습니다. 살아 있는 성인 체세포를 이용해 체세포 복제 줄기세포를 확립한 것은 이번이 세계 최초로 향후 환자맞춤형 줄기세포치료제를 개발하는데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되고 있습니다.
작년 미국의 미탈리포프 박사팀이 태아와 신생아 유래 세포주를 이용하여 체세포복제줄기세포주를 확립한 적이 있었지만 이것은 환자 본인에 직접 사용할 수 있는 것은 아니었는데요, 이번에 차병원줄기세포연구소에서 성공한 체세포복제줄기세포주 확립은 작년 미국팀의 연구에서 보다 진일보한 기술로 향후 난치병 환자의 세포치료제 개발 연구에 중요한 계기가 될 것으로 전망됩니다.
차병원 줄기세포연구소 이동률 교수(공동교신저자)와 미국 차병원 줄기세포연구소 정영기 교수(공동교신저자)가 공동으로 진행한 이번 연구는 미래창조과학부의 바이오‧의료기술개발사업과 성광의료재단의 줄기세포연구지원사업 등의 지원으로 수행되었고, 줄기세포 분야 국제학술지 셀스템셀(Cell Stem Cell) 4월 18일자 인터넷판(한국시간)에 게재되었습니다.
* (논문제목) 성인세포를 이용한 인간 체세포복제배아줄기세포 생산 (Human somatic cell nuclear transfer using adult cells)
지난 해 미국 연구팀의 세계 최초 체세포복제줄기세포주는 공여체세포로 태아/신생아 유래 세포주를 사용하였습니다. 이것은 세계최초의 인간체세포복제줄기세포라는 의미가 컸으나 환자 치료에 실질적으로 적용을 하기 위해서는 살아있는 성인 체세포를 이용한 체세포복제줄기세포주의 확립 성공이 절실한 실정이었습니다.
차병원 연구팀은 75세와 35세 성인 남성으로부터 피부세포를 기증받았으며, 1차 연구에서 3명의 난자공여자로부터 49개의 난자를 공여 받았고, 체세포복제를 통해 3개의 포배기 배아를 생산(6.1%), 1개의 배아줄기세포주를 확립(2.0%) 하였으나 tetraploidy (4N)*으로 판정되어 정상적인 체세포복제줄기세포주의 확립에 실패하였습니다.
* tetraploidy (4N) 배아: 난자의 제핵이나 제1극체의 도입으로 인해 정상염색체 (diploidy, 2N)의 두배의 염색체를 가진 배아
이후 연구팀은 난자의 제핵방법과 난자 활성화 방법을 개선하는 연구를 수행하였고, 이러한 연구 결과는 국제특허를 획득하기 위해 현재 신청 중에 있습니다.
더불어 연구팀은 2단계 연구에서 4명의 난자공여자로부터 77개의 난자를 공여 받았고, 5개의 포배기 배아를 생산(6.5%), 2개의 배아줄기세포주를 확립(2.6%) 하였고, 염색체 검사와 유전자 마커 분석을 통해 75세와 35세 성인 남성의 체세포로부터 각각 유래된 정상 체세포복제줄기세포주 임을 확인하였습니다.
이번 연구는 세계에서 두 번째로 인간 체세포복제줄기세포주를 확립하는 연구이지만, 한편으로는 성인 남성으로부터 기증받은 체세포로 최초로 체세포복제줄기세포주를 확립했다는 점에서 큰 의의를 가지고 있습니다. 실제로 줄기세포치료를 필요로 하는 대부분의 환자는 성인이며, 이들을 대상으로 하는 최초의 환자맞춤형 체세포복제줄기세포주의 확보가 가능하다는 점을 확인한 것입니다.
차병원 줄기세포연구소 이동률 교수와 미국 차병원 줄기세포연구소 정영기 교수는 “본 연구는 성인환자의 맞춤형 체세포복제줄기세포주의 확보가 가능하다는 것을 확인했다는 점에서 가장 큰 의의가 있으며, 체세포복제줄기세포주의 확보에 난자의 질이 무엇보다도 중요하다는 점을 재확인하였다. 향후 후속 연구를 통해 난자 내의 이러한 원인인자를 밝힌다면 체세포복제줄기세포주의 확립효율을 획기적으로 올릴 수 있을 것이다.”라고 밝혔습니다.
연구팀은 또한 “차병원은 이미 배아줄기세포주 활용한 노인성 망막변성 치료제에 대한 기술이 확보돼 있는 만큼, 체세포복제줄기세포주를 활용한 세계 최초의 난치병 치료제 개발도 가능할 것으로 보인다.”고 밝혔습니다. 차병원그룹은 현재 미국 ACT와 함께 배아줄기세포 유래 노인성 망막변성과 희귀 난치병인 스타가르트(유전성 망막질환)에 대한 임상시험을 세계 최초로 진행 중에 있습니다.
※ neurons(신경), retinal pigment epithelia(망막상피세포), cardiomyocytes (심근세포), cartilage(연골)
그림 1. 체세포복제줄기세포주의 확립과 이용 모식도
난자(oocyte)에서 유전물질을 제핵(enucleation)하고, 성인으로부터 기증받은 피부세포(fibroblats from elderly adult)를 이용하여 체세포복제(somatic cell nuclear transfer, SCNT)를 시행한다. 체외배양과정에서 생성된 포배기 배아(blastocyst)에서 체세포복제줄기세포주(NT-hESCs)를 확립한다. 이 줄기세포는 향후 분화 (differentiation)과정을 통해 임상치료 (clinical application)에 사용 가능하다.
그림 2. 체세포복제 (somatic cell nuclear transfer, SCNT) 과정
(a) 공여된 인간난자. (화살표) 제핵되어야 할 난자의 유전물질. (b) knife pipette 을 이용하여 난자의 유전물질이 있는 부분 아래 투명대를 절개함. (C) knife pipette으로 세포질을 밀어 난자의 유전물질이 포함된 세포질을 제거 함. (d) 성인 남성의 체세포 (화살표)를 제핵된 난자의 투명대 아래에 밀어 넣고 융합을 유도함.
그림 3. 체세포복제줄기세포주의 확립과 특성 확인
체세포복제를 통해 확립된 포배기 배아 (blastocyst)와 체세포복제줄기세포주 (CHA-NT2 와 CHA-NT4) 의 colony. 줄기세포 콜로니에서 전분화능 줄기세포 마아커 (OCT4, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81의 발현 확인).
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