[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

척수손상과 탈수초성질환 (Demyelinating disease)의 경우 희소돌기아교세포 (Oligodendrocyte)의 상실로 인하여 원활한 신경전달이 저해된다. 척수손상환자 치료는 현재 약물, 외과적 수술 그리고 재활과 같은 증상 완화를 위한 치료에 의존하고 있으나 부작용을 동반한다는 위험이 있어 근본적인 치료법이 필요하다. 이를 위하여 세포치료제가 근본적인 치료법으로 각광 받고 있다.

세포치료제 개발로는 배아줄기세포 (Embryonic stem cell)와 역분화줄기세포 (induced pluripotent stem cell)와 같은 전분화능 줄기세포 (Pluripotent stem cell) 에서 희소돌기아교전구세포 (Oligodendrocyte progenitor cell, 이하 OPC)로의 분화방법이 있으나, 이는 면역거부반응과 발암가능성으로 인하여 임상적인 사용에는 부적절하다. ‘직접교차분화’ 기법은 기존의 전분화능 세포에서 야기되는 면역거부반응 및 발암가능성을 제거할 수 있다는 점에서 환자 맞춤형 세포치료제 개발기법으로 각광받고 있다.

이전에 세 가지의 유전자 조합(Sox10, Olig2, Nkx6.2 혹은 Zfp536)을 사용하여 피부세포로부터 OPC를 제작하는 연구가 발표되었으나, wild-type OPC (전분화능줄기세포로부터 분화된 OPC)와 유전자 발현 패턴이 구분 되었고 제한된 분화능을 보였다. 또한, 자가증식 (Self-renewal)의 한계로 인해 세포주 확립이 불가능하여 다량의 세포수가 요구되는 신약스크리닝과 세포치료제 개발 활용에는 어려움이 있기에 직접교차분화를 통한 새로운 OPC 제작기법에 대한 연구가 필요했다. 

이에, 본 연구는 줄기세포의 성질을 부여하는 유전자 ‘옥트 포 (Oct4)’를 피부세포에 주입하여 단일유전자 만으로 자가증식이 가능하며 유전적 안전성 및 유사성이 높은 OPC 세포주를 제작하였다.

2. 연구내용

이번 연구에서는 단일유전자 Oct4와 OPC 유도에 최적화된 배양조건을 이용한 직접교차 분화기법을 통해 채취가 쉬운 피부세포로부터 중추신경계의 ‘신경수초(myelin sheath)’를 형성하는 OPC를 제작하였다. 제작된 세포는 OPC 특이적 마커 (A2B5, NG2 및 PDGFR-α)발현을 하는 균질적인 세포주이며 wild-type OPC와 유전자발현 패턴이 아주 유사하다. 또한, 자가증식이 가능하고 성숙한 희소돌기아교세포 및 성상세포로 분화하는 이분화능 (Bi-potency)을 가진 전구체로써의 특징을 지니고 있다. 희소돌기아교세포로의 분화는 기존의 연구보다 훨씬 높은 90%이상의 분화효율을 보여주었다.

제작된 세포의 생체 내 효능을 분석하기 위해 쥐 척수손상 동물모델을 사용하였으며, 이식 후 신경수초를 형성하는 세포로 분화하여 신경세포를 감싸고 있는 것을 확인하였다. 특히, 제작된 OPC의 이식 후 척수손상으로 인해 마비된 동물모델의 뒷다리 기능이 회복되는 것을 검증하였고, 기형종이 전혀 발생하지 않는 것을 확인하여 발암가능성이 없는 것을 확인하였다.

본 연구에서는 기존연구에 사용하였던 세 가지 유전자가 아닌 단일유전자 Oct4를 사용하여 더 좋은 품질의 세포주를 확립 하였다는 것에서 차별화된다. 기존의 OPC는 제한적인 자가증식을 지니고 성상세포로의 분화가 되지 않고 유전자발현 패턴 또한 wild-type OPC와 차이를 보였으나, 이번 연구에서 Oct4로 유도한 OPC는 기존 세포의 한계점들을 모두 극복하였다.

3. 기대효과

피부세포로부터 OPC를 제작하는 직접교차 분화기법은 기존의 전분화능 줄기세포사용의 발암가능성을 배재 할 수 있으며, 자가증식이 가능한 전구세포를 제작하는 기술은 향후 세포치료 및 신약스크리닝과 같은 재생의학분야 개발에 필요한 충분한 세포 수 확보를 가능하게 한다. 또한, 이러한 세포는 향후 바이오 3D 프린팅 기술과 접목하여 척수조직을 제작 하는데 기여 할 것이라고 기대된다. 본 연구에서 개발된 직접교차분화 기법과 OPC 세포주 확보는 척수손상환자를 위한 세포치료법 개발에 활용될 것이며 향후 재생의료시장 및 바이오 시장 경제 강화 및 국민 삶의 질 향상에 기여 할 것으로 기대된다. 

[붙임] 용어설명

1. 탈수초성질환 (Demyelinating disease)

신경세포의 축삭을 피복하고 있는 신경수초 또는 이를 구성하고 있는 희소돌기아교세포가 붕괴함으로써 생기는 질병. 대표적으로 다발성 경화증이 있다.

2. 세포치료제 (Cell therapy)

상실된 세포를 새로운 세포로 치환 (replace) 또는 재생 (regeneration)시키는 치료법이다.

3. 전분화능 줄기세포 (Pluripotent stem cell) 

특정한 세포로만의 분화가 아닌 근육세포, 신경세포, 간세포 등 인체의 모든 세포로 분화할 수 있는 세포를 뜻한다.

4. 희소돌기아교전구세포 (Oligodendrocyte progenitor cell)

신경교세포의 한 유형으로, 중추신경계 신경계에서 축삭 (axon)을 지지해주고 절연해주는 신경수초 (myelin sheath)를 구성하는 세포인 희소돌기아교세포 (Oligodendrocyte)와 지주조직을 담당하는 성상세포 (astrocyte)로 분화 가능한 줄기 세포이다.

5. 직접교차분화 (Direct Conversion)

역분화줄기세포(induced pluripotent stem cells)로 리프로그래밍 하고 이를 재분화하여 목적하는 세포로 만드는 과정과 달리, 역분화줄기세포 단계를 거치지 않고 바로 전혀 다른 성숙한 세포간의 전환을 유도하는 과정.

6. wild-type OPC 

전분화능 줄기세포로부터 분화시킨 OPC 또는 생체로부터 채취한 OPC.

7. 자가증식 (Self-renewal)

미분화한 상태로 자신과 같은 줄기세포를 계속적으로 만들어내는 현상.

[붙임] 그림설명