자신의 줄기세포를 이용한 뼈 손상 회복술

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-05-28

현대 산업 사회에서 사고 및 재해에 의한 빈번한 뼈조직의 파괴 및 결손, 나이에 따라 골 밀도의 감소로 인한 골절, 그리고 선천적인 골형성 부전증 같은 질환에 의한 성장 부진 등과 같은 다양한 문제들에 대한 효과적인 재건 방법이 요구되고 있다. 전통적인 뼈 손상 처리방법으로는 자가이식(autografting)과 동종이식(allografting)이 있다. 자가이식이 지금까지는 가장 효과적인 방법으로 알려져 있으나 뼈 채취 부위의 감염, 동통, 혈종등과 같은 합병증이 발생할 수 있고 동종 이식은 공여자로부터 질병의 전염, 감염의 위험이 있으며 자가이식에 비해 효과가 낮다는 단점을 가지고 있다(참조 URL1). 조직의 재생에서 조직을 형성할 수 있는 세포가 필요하듯이, 골조직(osseous tissue)의 재생에도 충분한 수의 조골세포들이 필요하다. 그러나 실제로 이들 세포들을 확보하는데 어려움이 있어 왔다. 이런 상황에서 수년 전에 골수에 존재하는 간엽 줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)에서 조골세포가 되는 다분화성 골전구세포가 만들어지는 것으로 확인되었다. 따라서 이들 줄기세포를 뼈 조직 복구에 이용하려는 시도가 많았으며, 동물에서는 상당한 효과를 냈다. 그러나 사람에서는 뼈로 만드는데 성공하지 못했다고 한다. 이번에 네덜란드 트웬티대학의 연구팀은 PKA라는 효소들이 사람의 줄기세포를 뼈로 유도시킴을 확인하여 ‘PNAS’에 발표했다. 이번 연구는 뼈 손상이 발생한 환자들이 자신의 줄기세포를 이용하여 뼈를 복구시키는 길을 열어주었다고 평가되고 있다. 그 동안 일선의 병원에서는 자연적인 복구 외에 손상된 뼈 조직을 회복시키는 효과적인 방법이 없는 상황이었다. 이번에 연구팀은 성체 줄기세포를 이식하기 전에 단백질 카이네이즈 A(protein kinase A: PKA)로 처리하면 생체 내에서 뼈 성장이 극적으로 향상됨을 확인했다. PKA로 처리된 세포들은 실험실에서도 뼈 세포로 성숙했으며 마우스에 이식해도 잘 자랐다고 한다. PKA는 세포의 여러 대사경로에 관여하는 효소이다. 세포의 신호전달 물질인 환형 AMP가 PKA를 활성화시키고, 이들 PKA가 줄기세포에 작용하면 다른 줄기세포까지 서로 활성화시킨다고 연구팀은 생각하고 있다. 환형 AMP(cAMP)는 뼈 세포로의 성숙을 촉진시킬 뿐만 아니라 뼈 성장을 촉진하는 BMP-2, IGF-1, IL-11과 같은 물질들의 분비에도 작용한다고 한다. 이 결과는 왜 cAMP로 처리된 간엽줄기세포가 처리되지 않은 줄기세포보다 뼈로 더 많이 형성되는가도 설명해주고 있다(참조 URL2).. 지금까지의 연구에서는 줄기세포가 뼈에 잘 달라붙도록 만들기 위해서 전달체(carrier)와 혼합시키고 고농도의 뼈 형성촉진 호르몬도 이용했다. 그러나 이번 연구에서는 호르몬 사용이 훨씬 줄어들었을 뿐만 아니라 정상적인 뼈 성장에 이용되는 호르몬 칵테일과 비슷한 양상을 보였다고 한다. 이번 연구를 주도한 얀 데 보어박사는 얼마 전에도 배아 줄기세포를 뼈로 성장시킨 연구결과를 ‘PNAS’에 발표했었다. 이들 연구는 미래에 환자 자신의 세포를 이용한 뼈 재형성에 유용할 것으로 기대되고 있다. 또한 세포를 신속하게 성장시키는 아주 미세한 생물반응기의 이용도 기대되고 있다. 그림 설명: PKA 신호전달 경로에 의한 줄기세포의 골 형성 기전. C-AMP는 PKA에 작용하여 CREB를 통한 ID-2와 ID-4와 같은 BMP 표적 유전자 직접 발현을 유도한다. 그 결과로 세포에서 여러 뼈 형성 촉진 호르몬이 발현되어 자가 뼈 형성이 촉진되게 된다.