[2011 국내 바이오 성과 뉴스 Top 5 선정]
연세대학교 의과대학 황기철 교수

"줄기세포를 이용한 급성 심근경색의 세포치료제 개발 연구"

 

Cardiomyocytes from phorbol myristate acetate-activated mesenchymal stem cells restore electromechanical function in infarcted rat hearts. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108(1), 296-301.

 

* 인터뷰 내용

- 선정된 연구성과의 내용 및 의의

- 해당 분야의 국내외 연구 흐름 소개

- 함께 진행한 연구진 소개

- 앞으로의 연구 방향과 계획

- 연구주제에 대한 선택과 아이디어를 어떻게 얻으시는지?

- 과학자로서 우리 과학계에 바라는 점이 있으시다면?

- 학생들에게 도움이 되는 말씀

- 마지막으로 하고 싶은 말씀

 

선정된 연구성과의 내용 및 의의

 

"줄기세포는 심장혈관 질환, 근골격계 질환, 당뇨병 및 암과 같은 여러 질병의 치료에 있어 잠재적 사용의 가능성이 있어 최근 기대되고 있는 분야이다. 그러나 줄기세포의 운명을 조절하는 신호 전달 경로에 대한 더 깊은 이해와 줄기세포의 증식과 분화를 조작하는 능력이 불완전하고 안정적이지 못해 보다 깊은 연구가 요구되는 실정이다. 궁극적으로 줄기세포의 생존, 이동과 귀소, 증식과 분화를 촉진시키기 위한 저분자 화합물의 발굴을 통하여, 줄기세포 분화정도 평가 기술 및 조절인자 동정/활용 기술을 개발하고 신호전달 표적 분자발굴을 통하여 최종적으로 줄기세포 분화를 위한 상관관계를 마련하고자 하였다.

 

심근 세포로의 분화를 유도하기 위해, 줄기세포 분화 관련 단백질 키나아제 저해제 중 PKC 신호와 연관성이 있는 화합물이 심근세포와 유사한 표현형질을 줄기세포에서 유도 함을 발혔다. 또한 선택된 화합물은 심근세포에서 가지고 있는 칼슘 항상성과 연관된 유전자의 발현을 유도하였으며, 줄기세포에 PKC activator 화합물을 일정기간 처리 후 관찰 하였을 때, cTnT (cardiac troponin T), MLC (Myosin light chain), MHC (Myosin heavy chain), Nkx 2.5 그리고 MEF2 와 같은 심장근 특이적 마커가 발현하였음을 확인하였다. 정상 심근에서 칼슘의 항상성에 의해 심장의 수축과 이완 작용이 일어나, 심장이 유지되며 박동하는 것으로 보고되고 있는데, 분화시킨 세포가 칼슘의 항상성과 연관성이 있는 SERCA 2a 와 LTCC (L-type calcium channel)의 발현에서 어떠한 변화가 나타나는지 알아보았다. 아무것도 처리하지 않은 줄기세포에서는 거의 발현 하지 않는데, 화합물 처리군에서는 SERCA 2a 와 LTCC 가 발현하는 것을 확인하였다.

 

  

 

본 연구에서는 줄기세포를 이용한 심근재생 세포치료제 개발하기 위하여, 골수로부터 확립된 간엽줄기세포의 분리 및 분화기술을 이용한 생육증폭 기술개발, 세포생물학적 약효 및 작용기전 그리고 생착능 향상 검증, 재생심근의 형성 기작조사를 통하여 급성 심근경색의 세포치료제를 개발하여 임상적 적용을 가능케 하고자 하였다. 자가 골수줄기세포을 이용한 자가세포의 이식으로 세포의 이식을 위한 적합도 평가, 면역억제제 사용등 고가의 부가적인 의료비 지출을 줄일 수 있어 간접적으로 얻어지는 경제적 효율이 매우 클 것으로 기대된다. 또한 생체조직재생과 관련된 독자적 기반기술의 확립이 가능하여, 인체 타 장기에서의 세포이식 및 자가 골수 세포를 이용한 생체 조직 재생과 관련된 분야에도 적용될 수 있을 것을 기대하고 있다. 생체내 줄기세포 이식시 생착능의 향상과 관련된 연구는 초기단계여서 이에 관련된 해외 기술의 도입은 어렵기 때문에, 국내 기술로 이를 개발한다면 해외에서 기술료를 지불하여 그 경제적 가치가 상당히 크다고 기대된다."

 

해당 분야의 국내외 연구 흐름 소개

 

"줄기세포 치료로의 연구는 질병별에 따라 세계적으로 상위수준에 올라 있는 것으로 판단되나 본 연구팀이 진행하려는 복합 신호전달체계에 의한 분화를 조절하는 핵심 기반기술 개발에 대해서는 매우 미미한 상태이다. 줄기세포 분화유도 관련 기술은 연구개발의 중요성이 대두되고 있다. 줄기세포를 이용한 세포 치료는 손상된 장기의 기능을 대체할 수 있는 기능성 세포치료제나 항암면역치료제(예, 수지상세포), 장기 이식 유지를 위한 면역조절제 등, 치료가 불가능 하다고 알려진 관절염, 파킨슨씨병, 알츠하이머 병 등 퇴행성질환 이나 췌장, 심장, 신장, 망막 등의 난치병 질환에서 손상 조직의 재생 및 기능 회복을 통한 치료가능성, 면역 세포를 이용한 종양의 제거 및 이식 장기의 착상 유도 가능성 등으로 인해 효과적인 치료법이 될 것으로 기대되고 있다. 현재 국내 기술은 배아 줄기세포의 확립 기술에 있어서는 상대적 우위에 있으나, 세포치료를 위한 실질적 핵심 기술인 특정 세포로의 분화 유도 기술에 대한 기술 경쟁력은 비교적 낮은 것으로 알려지고 있다. 국내 기술은 미분화 인간 배아 줄기 세포 주 배양 기술 단계에서 분화 유도 기술 개발 단계로 전환하는 시점이라고 할 수 있다. 2009년에 발표된 삼성경제연구소 보고서에 따르면 세계 줄기세포 관련 시장은 2012년에 324억 달러에 달할 것으로 예상되고 있으며, 현재 다수의 임상 시험이 진행되고 있는 성체 줄기세포 분야가 180억 달러로 가장 큰 시장을 형성할 것으로 전망된다."

 

함께 진행한 연구진 소개

 

"저분자 화합물를 이용한 줄기세포 치료법의 연구를 위해서는, 저분자 화합물의 연구 활동이 선행되어야 하고, 그러기 위해 적합한 전문 연구 인력과 화합물에 관련된 과학적인 경험과 노하우가 축적되어야 한다. 본 연구자는 미국의 UC Berkeley 대학 김성호 교수님과 공동연구를 시행하였다. UC Berkeley 대학 김성호 교수님은 서울대 화학과를 졸업하고 미국 피츠버그에서 박사학위를 받았으며, MIT 연구원과 듀크대 교수를 거쳐 현재 UC Berkeley 대학 화학과 교수로 재직 중이다. X-ray 결정 구조 분석법을 이용하여 전달된 t-RNA의 3차원 구조를 세계최초로 밝혀내 학계의 주목을 받아왔다. 본 연구자는 심혈관계 질환에 대한 기초학적 연구를 통해 심혈관 질환을 예방하고, 진단 및 치료 방법 개발하는 연구를 주력하고 있으며, 이러한 목적을 위해 임상의사인 장양수 교수님팀과 보다 효율적이고 과학적인 연구를 통해 심혈관계 질환에 관련된 임상, 생명과학, 보건의학 등의 체계적인 연구를 수행하고 있다. 본 연구자는 박사후 연구원들과 석·박사 과정 학생들이 함께 공부하고, 함께 연구하며 더욱 발전해나가고 있다."

 

앞으로의 연구 방향과 계획

 

"줄기세포 기능 변화 유도는 생존 신호 전달, 사멸 과정, 세포내 항상성 변화 등을 연구하는 다른 연구자들에게도 매우 의미 있는 정보를 제공하게 될 것이다. 개발 신약 및 기존 치료제에 대한 유효성과 안전성을 검증할 방법의 보완이 시급히 요청 되고 있기 때문에, 여기에 얻어지는 분자생물학적 연구결과는 인체 질환의 예방과 치료에 새로운 정보를 제공하며 줄기 기능 변화 분화물질이 성공적으로 진행되면 얻어지는 기술적 효과는 매우 다양할 것으로 전망한다."

 

연구주제에 대한 선택과 아이디어를 어떻게 얻으시는지?

 

"논문이나 학회 참석들을 통해 매번 새로운 연구의 주제를 떠올리곤 한다. 특별히, 연구실의 학생들과 최근 연구, 발표되고 있는 논문들을 끊임없이 토론하여 아이디어들을 실체화한다. 아직 지식적으로는 부족할 수 있지만, 학생들을 통해 창의적인 사고를 깨우치게 되기도 하고, 새로운 분야에 대한 호기심도 함께 키워가게 된다. 또, 각계의 뛰어나신 학자분들과의 교류로 연구에 대한 방향과 열정을 다지게 되었다. 이러한 시간들을 통해 줄기세포의 분화, 세포치료등과 같은 기존 연구뿐 아니라, 저분자 화합물과 같은 새로운 분야와의 접목도 이루게 되었다. 물론, 새로운 분야를 시작하기 위해서 오랜 시간의 노력과 준비가 필요했지만, 그러한 노력과 끊임없는 관심으로 kinase system을 통해 화합물을 선택하게 되었고, 이번 결과와 같은 성과를 이루게 된 것이다. 세계 여러 연구자들은 언제나 저에게 항상 큰 자극이 되고 있다. "

 

과학자로서 우리 과학계에 바라는 점이 있으시다면?

 

"어떠한 분야나 마찬가지겠지만, 특별히 기초 과학 분야는 시간과 금전의 투자가 많이 필요한 분야이다. 특별히 새로운 것을 발견하고 탐색해 나가는 것은 많은 투자가 필요하지만, 그만큼 위험부담이 크기 때문에, 다른 분야에 비해 많은 연구자들이 마음속으로는 열망하지만 선뜻 발을 내딛기가 어려운 것이 현실이다. 그러나, 기초과학 분야는 더 많은 가치를 창출해낼 수 있는 분야인 만큼 국가의 과학 기술의 미래를 책임질 과학자로서, 현재의 투자로 나타나는 신속한 결과들보다는 많은 연구를 통한 학문적 업적을 평가해야 할 것이다."

 

같은 분야를 연구하는 학생들에게 도움이 되는 말씀을 부탁드립니다.

 

"학생들은 과학자의 길에 대한 환상과 큰 꿈을 가지고 시작하지만, 처음 시작하는 공부는 어렵고, 노력하는 것에 비해 결과를 얻어내는 데 시간이 걸려 힘들고 지치는 것이 현실이다. 게다가, 우리나라의 연구비 사정이 좋은 편이 아니다 보니, 우수한 인력들이 방향을 틀어 의학전문대학원과 같은, 미래가 조금이라도 더 보장 되었다고 생각되는 다른 곳에 눈을 돌려 포기하게 되는 안타까운 모습들을 보게 된다. 저는 저희 학생들에게, 우리나라의 과학 기술 분야의 미래를 책임질 과학자가 되기 위해서라면, 본인이 처음 가졌던 꿈을 실현하기 위해서 끊임없는 노력이 필요하고, 그것은 탄탄한 이론적 기초가 수반되어 있어야 할 것이라고 가르치곤 한다. 제가 존경하는 한 교수님은 고희가 넘은 연세에도 불구하고 아직도 부족하다고 하시며 공부하시고, 끊임없는 연구를 하신다. 인생은 죽을 때까지 배우는 것이라는 말이 있지만, 특별히 과학을 공부하는 사람은 어떠한 환경에서든 각자의 역할에서 최선을 다할 때, 진정한 과학자가 되는 것이라고 말하고 싶다. 저도 아직 배울 것이 많고, 매일매일 새로운 것에 도전하고자 하는 열망으로 진정한 과학자라고 자신있게 말하기 위해 노력하고 있다. "

 

마지막으로 하고 싶은 말씀

 

"줄기세포 분야가 보다 체계적으로 발전하기 위한 여러 분들의 노력이 머지않아 큰 성과를 낼 것으로 기대한다."

 

2012.02.07 BRIC이 만난 사람들