미래 의학의 패러다임 변화에 대비하여 세계적으로 수많은 연구팀들이 줄기세포를 특정 세포로 분화 유도하는 연구를 진행 중이다. 인간배아줄기세포를 특정세포로 분화 유도하는 기술은 세포치료에 있어서 필수적인 요소이기 때문에 이들은 “줄기세포로부터 분화 유도된 기능성세포를 환자에게 이식 하겠다”라는 공통된 목표로 연구에 매진하고 있다. 하지만 줄기세포를 환자에게 사용하려면 아직 해결해야 할 과제들이 많다.

KAIST 발생분화연구실 한용만(右/사진) 교수팀은 기존의 배아체형성이나 생쥐세포와의 공배양 방식을 뛰어넘은 인간배아줄기세포의 자가 재생산에 매우 중요한 신호전달체계를 조절하여 직접 혈관전구세포로 분화․유도하는데 성공했으며, 이번 연구는 교육과학기술부 21세기프론티어 세포응용연구사업단의 지원을 받아 수행됐다.

신호전달체계 조절을 통한 기능성 혈관전구세포 분화유도 성공

줄기세포를 환자에게 치료목적으로 사용하기 위해서는 특정세포로의 분화 효율성이 높아야 한다. 더불어 세포배양에 흔히 사용되는 물질이 동물(예를 들어, 소, 생쥐 등)에서 유래된 경우가 많은데, 이를 최대한 배제해야 한다는 난제가 연구자들의 발목을 잡고 있었다. 특정세포로의 분화 효율성을 높이기 위해 인간배아줄기세포를 유지하는 신호전달체계에 관심을 갖고 원천기술 획득에 힘써온 한용만 교수팀은 신호전달체계 조절을 통한 CD34+ 혈관전구세포로의 분화에 성공했다.

한용만 교수는 “신호전달체계의 조절을 통한 분화유도가 인간배아줄기세포 및 역분화줄기세포를 특정세포타입으로 분화시킬 수 있는 유용한 방법이 될 수 있음을 입증한 연구로 향후 혈관질환분야에 줄기세포를 이용할 수 있는 원천기술을 획득하게 되어 기쁘게 생각합니다”라고 말했다.

한 교수팀은 인간배아줄기세포의 자가 재생산에 중요한 MEK/ERK와 BMP4신호전달체계의 조절을 통해 혈관전구세포가 약 20%까지 생성되었고, 이들 세포들은 혈관내피세포, 평활근세포, 혈액세포로 각각 분화되었음을 확인했다. 체외에서 밝힌 연구내용은 혈관전구세포를 하지허혈성질환(하지로 가는 혈관이 망가져서 혈액이 공급되지 않는 질환)모델 생쥐에 주입하여 체내에서도 효과가 있음을 입증했다. 생쥐의 하지허혈부근에 주입된 혈관전구세포가 혈관형성에 직․간접적으로 관여하는 성장인자를 분비하여 혈류랑 증가 및 혈관형성을 촉진할 뿐 아니라 허혈성 부위의 괴사를 감소시켰다.

신호전달체계 조절을 통한 분화하는 방식은 인간배아줄기세포를 자연분화 시키지 않고 원하는 세포로 분화시킬 수 있으며, 동물유래의 물질을 사용하지 않고서도 분화를 유도하여 기존의 자연분화방식에 비해 높은 효율(1~2% VS 20%)을 자랑한다. 한 교수팀은 역분화줄기세포에서도 신호전달체계의 조절을 통한 분화방식으로 분화유도에 성공했는데, 이는 신호전달체계의 조절을 통한 분화방식이 환자 맞춤형세포 치료에 중요한 재료로써 사용될 수 있는 역분화줄기세포에서도 적용된다는 점에서 큰 의의가 있다.

기초지식을 바탕으로 독창적인 아이디어를 실현화 시킨 한 교수팀의 연구결과는 지난해 12월 16일 美혈액학회지인 “Blood(IF:10.55)"에 표지논문으로 게재되어 세계적으로 연구의 우수성을 인정받았고, 국내특허 등록 및 해외 PCT출원을 마친 상태다.

줄기세포연구를 바라보는 장기적인 안목이 절실

한용만 교수가 이끄는 발생분화연구실은 인간 및 동물의 발생과정을 연구한다. 한 교수팀은 Nature genetics에 발표된 복제 동물에서 비정상적인 DNA methylation이 일어난다는 것을 세계최초로 발견하여 복제효율이 낮은 이유에 대해 증명하였고, 이를 바탕으로 동물발생과정 중의 후성유전적 특성 및 변화양상들에 대한 연구를 수행해 왔다.

최근에는 인간배아줄기세포 및 역분화줄기세포를 이용하여, 특정세포로의 분화연구를 수행하여 인간배아줄기세포로부터 간세포로의 분화과정 중에 일어나는 후성유적학적 특성을 분석하여 “human molecular genetics(IF:7.386)”에 논문을 게재하는 등의 좋은 성과를 나타내고 있다.

신호전달체계의 조절을 통한 분화방식의 성공을 발판삼아 중간엽줄기세포의 분화기전을 확립하고 있는 한용만 교수는 “줄기세포가 난치병 치료의 강력한 대안이기 때문에 연구 성과의 단기적인 상업화를 재촉하기보다는 연구자들이 줄기세포 관련 원천기술을 획득할 수 있도록 장기적인 안목으로 지켜봐야 합니다”라며 줄기세포를 우리나라의 신성장동력산업으로 육성하기 위해서는 인재 육성, 연구 개발 촉진 및 줄기세포 인프라 구축 등의 종합 개발 계획의 수립이 필요한 상황임을 강조했다.

덧붙여 줄기세포 연구자가 갖춰야할 역량으로 섬세한 기술력과 포기하지 않는 끈기를 언급한 그는 “줄기세포 연구는 단기간에 성과를 기대하기 어렵고 꾸준한 노력이 필요한 연구이기 때문에 연구자들이 줄기세포에 대한 열정과 믿음을 가지고 연구에 매진해야 합니다”라며 후학들에게 당부의 메시지를 전했다.

미래 맞춤의학시대를 주도할 것으로 예상되는 재생의학의 핵심인 줄기세포에 대한 사회적 관심과 기술개발 경쟁이 전 세계적으로 치열하게 전개되고 있는 현재. 향후 혈관질환분야에 줄기세포치료가 사용될 수 있도록 기전을 마련하고 있는 KAIST 발생분화연구실 한용만 교수팀은 밤낮 없는 구슬땀을 흘리고 있다.

안수정 기자

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