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'유도만능줄기세포'(iPSC)로 인공 간 대량생산하는 시대 올까?


▲ 출처=셔터스톡

줄기세포를 이용해 인간의 간 조직을 인위적으로 만들어 내는 방안에 대한 연구가 이어지면서 간 이식수술에 새로운 시대가 열릴 것이라는 기대감이 높다. 미국 신시내티 아동병원 의학센터와 일본 요코하마시립대학 의학대학원의 연구진은 ‘유도만능줄기세포’(iPSC, 다 자란 성인의 세포를 유전자 조작을 통해 줄기세포로 만든 것)를 이용해 3차원 형태로 초소형 간을 만든 뒤 이를 생쥐 혈관에 이식해 사람 간 기능을 가진 구조로 성장시키는 데 성공했다. 이는 간 질환 치료에 큰 도움이 될 획기적인 연구 성과로 평가 받으며, 간 이식수술을 간절히 기다리고 있는 환자들에게도 희망을 주고 있다. 

이미 줄기세포를 활용해 장기를 만드는 연구는 상당한 수준까지 진행됐다. 하지만 실험실에서 간 조직을 키우려면 동물세포가 필요하다는 점이 문제였다. 동물세포는 사람의 간 세포 성장에 도움이 되지만 사람과 특성이 달라 한계가 있기 때문이다. 동물세포는 사람의 간 조직에 이식 거부반응과 같은 부작용을 일으킬 수 있는 특정 물질을 남긴다.

영국 국립보건서비스(National Health Service)에 따르면, 간 이식수술을 받은 환자 3명 중 1명 꼴로 이식된 간을 거부하는 반응을 보인다. 면역 체계가 이식된 간을 공격하여 제대로 작동하지 못하게 하는 것이다. 보통 이식수술 후 수주 또는 수개월 이내에 이러한 거부반응이 나타나며, 발열, 복통, 그리고 눈의 흰자위와 피부색이 노랗게 변하는 황달 증상을 보인다. 

재생이 불가능할 정도로 간이 손상됐을 경우, 간 이식은 불가피하다. 신장 기능이 저하되면 투석을 하고, 폐가 제 기능을 못하게 되면 인공호흡기를 쓸 수 있지만 간이 크게 손상된 경우 이식수술 말고는 다른 대안이 없기 때문이다.

담관폐쇄증(biliary atresia)을 앓는 어린이에게도 간 이식이 필요하다. 담관폐쇄증은 간으로부터 담낭으로 담즙을 운반하여 소장으로 분비하는 담즙의 통로인 담관(bile duct)의 일부 또는 전부가 없거나 파괴되는 것을 특징으로 하는 질환이다. 신생아의 경우, 미국 내 유병률은 1만~1만5,000명당 1명이고, 영국은 1만6,700명당 1명, 동아시아는 5,000명당 1명이다. 여성, 아프리카계 미국인, 아시아인에서 유병률이 좀 더 높다.

또한 간 이식수술은 만성C형간염(chronic hepatitis C infection) 환자의 가장 일반적인 치료법이기도 하다. 간염은 간세포에 염증이 생긴 것을 말한다. 만성간염으로 간세포가 파괴되고 재생하는 과정을 반복하면서 발생되는 섬유화로 인해 간 자체가 딱딱하게 변하는 것을 간경변증(liver cirrhosis)이라고 한다. 간경변증이 진행되면 간의 해독기능이 떨어져 간부전(liver failure)이 오기도 하지만 더 심각한 문제는 간암으로 진행할 수 있다는 점이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계에서 약 7100만명이 만성C형간염을 앓고 있다. 매년 약 39만9,000명이 이로 인해 사망하며, 대부분이 간경변과 간세포암종(hepatocellular carcinoma)으로 생을 마감한다.

만성C형간염 이외에도 간 이식으로 비알코올성지방간질환, 원발성담즙성간경화증, 원발성경화성 담관염 등을 치료할 수 있다. 비알코올성지방간질환(non-alcoholic fatty liver disease)은 음주력이 없는 사람이 잘못된 식생활이나 운동 부족으로 간에 지방 침착을 일으키는 질환을 말한다 원발성담즙성간경화증(primary biliary cirrhosis)은 만성적으로 진행되는 간 질환으로 담관이 서서히 파괴되어 간경변이 생긴다. 원발성경화성담관염(Primary sclerosing cholangitis)은 담관에 만성적인 염증이 진행되면서 담관 벽이 두꺼워지게 되어 협착이 생기는 질환이다. 간경변과 간 종양을 유발할 수 있다.

간 이식은 간염에 노출된 간을 모두 제거하고 건강한 간을 이식하는 치료로 간암의 궁극적 치료 방법이다. 간암의 도화선이 될 수 있는 만성 간염을 일으키는 주요 바이러스는 B형과 C형 간염 바이러스이다. 2012년에만 75만건 이상의 새로운 간암 사례가 발생, 세계에서 여섯 번째로 많이 발병하는 암이 간암이다. 세계암연구기금(World Cancer Research Fund International)에 따르면 전 세계 간암 사례의 83%가 저소득 국가들에서 보고됐다. 특히 아시아와 아프리카 지역에서 발병률이 가장 높았다. 

간 이식은 면역계가 간을 공격하여 간경변증과 간부전을 일으키는 자가면역성 간염(autoimmune hepatitis) 치료에도 활용될 수 있다. 임상의는 면역 체계를 통제하기 위해 면역억제제를 사용할 수도 있다.

당원병(glycogen storage disease)과 같은 특정 대사이상 질환 또한 간 이식으로 치료할 수 있다. 당원병은 당원(글리코겐)이 체내, 특히 간 •신장 •근육에 축적되는 탄수화물의 선천성 대사이상 질환이다. 

약물 노출 또는 과다 복용으로 인한 급성 간부전(acute liver failure)에 간 이식수술이 필요할 수도 있다. 아세트아미노펜과 같은 약물 사용과 할로탄과 같은 가스 노출은 급성 간부전을 유발하는 것으로 알려져 있다. 간부전은 간의 감염, 중독 등으로 인해 간의 단백질 합성 및 해독 기능이 떨어진 상태를 말한다.

▲ 출처=셔터스톡

한편 연구진은 이식 거부반응 문제를 해결하기 위해 간 조직을 배양할 때 사용할 그들만의 유전적 공식과 분자 구성을 만들었다. 맞춤 설계된 U자형 마이크로웰 세포 플레이트에서 간 조직을 생성했다. 먼저 유도만능줄기세포(iPSC)를 만든 후 이를 다른 세포들과 함께 배양해, 간 발달의 가장 초기 단계인 '간의 싹'(liver bud)을 대량으로 키워낼 수 있었다. 게다가 동물 세포도 필요 없는 방법이다. 연구진은 간의 싹을 쥐에게 이식한 결과 혈관 공급이 이루어지고 작은 간처럼 기능을 시작했으며 이식된 간이 간부전을 앓는 쥐의 수명을 연장시켰다라고 밝혔다.

이 연구의 수석연구원인 요코하마시립대 타케베 다카노리 박사는 "이제 우리는 기능이 뛰어난 3차원 간을 만드는 데 놓인 장애물을 극복 할 수 있게 됐다”며, “이 덕분에 우리는 말기 간질환 환자들을 도울 수 있을 것이다. 이식용 장기 기증이 턱없이 부족한 상황에서 이 문제를 해소할 돌파구를 만들어 간 이식수술이 필요한 아이에게 새 생명을 줄 수 있을 것"이라고 기대감을 드러냈다. 


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