줄기세포한국은 2005 년황우석사태이후침체기 현재 (2017) 첨단재생의료의지원및안전관리에관한법률안제정을위한노력중 줄기세포표적항암제 3D printing 장기이식인공가사상태
인간세포사람은체격에따라 60 조에서 100 조개정도의세포로이루어져있으며각세포는모두동일한유전자를가지고있다. 그러나각조직을이루는세포들은활동하는유전자가다르게존재하기때문에뼈세포, 혈액세포, 심장세포등모양, 기능이다른약 200 여가지의세포로분화되어있다. 배아줄기세포 : ESC 수정된후약 3~4 일후에서 14 일이내배반포상태의세포덩어리는모든종류의세포로분화될잠재력을가지고있는 ( 다능성, pluripotent, P) 배아줄기세포이다. 배아줄기세포주는배반포기 ( 포배기,blastocyst) 배아에서분화직전의내부세포덩어리를떼어분화를강제로멈춘상태를말하는것으로, 이세포주를안정적으로보관하고다시분화를유도하는기술이줄기세포연구의핵심이다.
체세포복제방법황우석박사, 복제양돌리 수정란이용법
줄기세포 : 진행중인실험들 Neural stem cell transplantation
체세포복제방법의예 복제양돌리의생성과정 복제양 Dolly는? 최초로클론된동물 ( 포유류 ) 이다. By Mr. Ian Wilmut (1997: 스코트랜드로즐린연구소 ) 세마리의양이필요. -벨린다 : 핵제공 -플러피 : 난자제공 -라시 : 자궁 + 임신
돌리의 genotype 은? Nuclear genome vs. Mitochondrial genome 라시 : 자궁 + 임신 벨린다 벨린다 : 핵제공 플러피 플러피 : 난자제공 2007 년 : 원숭이의복제성공 ( 미국 ) 과이종간핵치환연구가진행. 동물난자에서핵을제거해도세포소기관인미토콘드리아에는미량이나마유전자가들어있다. 따라서동물난자로만든인간배아에도동물의유전자가약 1% 는들어간다. 생명윤리학계에서는사람과동물의잡종 ( 雜種 ) 이태어날가능성을우려하고있다.
돌리의탄생과정 벨린다 : 핵제공 ( 체세포 ) 벨린다의유선조직에서세포를취함. 세포의세포주기 (cell cycle) 로진입을방지하기위해영양분을억제하여 (- 성장호르몬 ) 휴지기 (Go) 상태로만듬. 플러피 : 난자제공 플러피의난소에서미수정난자체취 (+ 핵제거, 미토콘드리아 DNA 는있음 ). 전기충격 라시 : 자궁 + 임신 전기충격으로유선세포와빈난자 ( 미토콘드리아 DNA 는있음 ) 를융합. 두번째의전기충격은세포분열을유발.
복제양돌리 돌리
복제양돌리 노화증상이외엔정상. 1998 에 Bonnie 를출산함. (Bonnie 도정상.) 1999 에건강한세쌍동이출산. 2003 년 2 월노화에따른폐질환으로복제한지 6 년반만에안락사. 난자 277 개중에서유일하게성공. ** 비교 : 복제쥐 ( 일 ) 는노화증상이보이지않음. * 당시 3 살인돌리는 9 살? Telomere? 1998: 복제쥐, 일본 1999: 복제소영롱이 ( 귀, 자궁세포 ), 서울대 2005: 복제개 SNUppy, 서울대, 2007 늑대 ( 이병천, 통계오류,DNA 순서오류 )
인간복제?
Human Cloning 윤리적문제 : 클론된개체의도덕적지위는? 파괴를목적으로인간을만들수있는것인가? 과학적목적을위해난자를사용하는것이옳은가? 자신의세포가복제된사람의윤리적문제는? 치료를위한다는클론이, 결국인간복제의실마리를제공하지않겠는가?
성체줄기세포 : ASC (audult stem cell) 성체줄기세포는조직이나기관의분화된세포들사이에서발견되는미분화세포로써, 자기스스로증식할수있으며, 조직이나기관의특수한기능을가지고있는세포로분화할수있는능력을가진신체줄기세포 (somatic stem cell) 를말한다. 인간의몸에는백혈구나적혈구를만들어내는조혈모세포나피부를만들어내는피부줄기세포등이몸곳곳에존재한다. 이들은배아줄기세포와구분해성체줄기세포라고한다. 성체줄기세포를이식할경우면역거부반응이적다는장점은있지만배아줄기세포처럼전분화능이있는지는불분명하며다능성을지닌것으로알려지고있다. * 한국카톨릭 : 성체줄기세포연구 100 억지원 (2005 년 ) 제대혈은행비용 : 약 100 만원 (15 년 ) ~ 400 만원 ( 평생 )
유도만능줄기세포 (induced Pluripotent Stem cell, ips) 역분화줄기세포라고도하며체세포분화과정을거꾸로돌려배아줄기세포와같은분화능력을가질수있도록인위적으로만든줄기세포이다. 체세포에바이러스를이용해야마나카인자 (Yamanaka factor) 라불리는 4 개의유전자 (Oct, Sox, Klf, Myc) 등을넣어만들고있다. 이렇게처리된세포는유전자의작용에의해초기화가되어다능성을얻고배양이가능한 ips 세포가된다. 배아줄기세포와달리윤리적논란에서자유로운게큰장점이나종양발생가능성이크고분화효율이떨어지며제조비용이비싼점등이문제이다. ips 세포의제조과정 일본 * 야마나카인자 (Yamanaka factor) : 4 개의유전자 (Oct, Sox, Klf, Myc)
종교계 : 수정된이후는생명체다. 과학계 : 신경계가형성전단계는치료목적으로허용해달라. 1984 년영국에서개최된워르녹위원회에서체외수정으로생기는모든배아들에대해서는수정된후 14 일째가되기까지는출처에상관없이연구를수행할수있다고권고함. 수정후약 14 일을넘어서서는신경계의시초인원시신경선이나타난다. 하지만이러한해석애대한논란은지속되고있다.
윤리적논란에서벗어나려는시도들 : - 배아줄기세포 난자만들어 ( 영, 2005-10-20) 원시생식세포배양성공 - 폐기대상수정란 - 냉동잔여배반포기배아 (5 년경과폐기용 ) 줄기세포 ( 한, 마리아생명공학연구소, 박세필박사, 차비이오앤 ) -8 배아기에서세포한개추출 ( 나머지 7 개세포는계속배양
황우석박사와인간배아줄기세포 2004 년 NT-1: 단하나의줄기세포그리고역사적아이러니 2005 년 science 발표 11 개의줄기세포중 10 개가가짜. 나머지 1 개는? NT-1 에관한당시의견 : 국. 내외 : 처녀생식법에의한줄기세포 ( 신형두박사 -SNP 분석법에의함 ) 이경우 처녀생식에의한세포형성으로과학적의미상당히큼 황우석팀은부정 ( 배아줄기세포주장 ) ** 2008 년 : 호주 NT-1 특허인정 ( 체세포복제배아줄기세포인정 ) ** 2014 년 : 미국 NT-1 특허인정, ** 2016 년 : 미국 NT 유래신경전구세포특허인정 * 논문은허위였지만특허는인정한사례나머지국가는윤리적이유로거부 ( 한국포함 ) *2016.11 : 한국 : 국가배아줄기세포로는등록 ( 배아줄기세포의특성을지닌점인정, 세포제조방식은명시하지않고, 단성 ( 처녀 ) 생식에의한세포로등록 ) 네이처지는 2006 년 6 월 28 일 ( 이 ) 밀라노대의티지아나브레비니박사팀이기증받은 104 개의난자를이용해처녀생식법으로두개의배아줄기세포를만들었다 고발표했다. 곤충이나성게와같은하등동물은자연상태에서종종처녀생식법으로번식을한다.
이직도못만들고있는제대로된체세포복제배아줄기세포 ( 인간 ) 세계최초 체세포목제 배아줄기세포나왔다. 박근태기자 kunta@chosun.com 입력 : 2011.10.06 10:52 (3 배수체 ) 미국연구팀이황우석박사가사용했던것과는다른방법으로맞춤형배아줄기세포를만들어냈다. 2004 년발표된황박사팀의줄기세포 (NT-1) 는체세포핵이식이아니라우연한처녀생식으로만들어졌다는게밝혀졌는데, 처녀생식은핵을제거하지않은난자가충격을받아정자가들어온것으로착각해수정란을만드는것이다. 황우석박사는 2004 년이러한방법으로환자맞춤형배아줄기세포를얻는데성공했다고발표했지만나중에결과가일부조작된것으로판명되었다. 미국뉴욕줄기세포재단연구소 (New York Stem Cell Foundation Laboratory) 의디터엘리 (Dieter Egli) 박사는영국의과학전문지 ' 네이처 (Nature)' 에발표한연구논문을통해실험지원자의피부세포의핵을채취해세포핵을제거하지않고그대로둔채기증자의난자에주입하는방법으로배아줄기세포를얻는데성공했다고밝힌것으로 BBC 인터넷판등이보도했다. 엘리박사는난자의핵을제거하고그자리에피부세포의핵을주입해만들어진배아는배양과정에서 6-12 세포단계를넘지못했으며난자의세포핵을그대로둔채만들어진배아만이배아줄기세포채취가가능한 80-100 세포의포배단계까지키울수있었다고밝혔다. 이는체세포핵이식방식으로줄기세포를만들기위해서는난자의유전물질이꼭필요하다는증거이며따라서난자의핵을그대로두어야한다고엘리박사는말했다. 체세포핵이식은바로 1997 년사상최초의복제양돌리가만들어진방식이다. 그후동물실험에서는이방식으로만들어진배아에서줄기세포채취가가능했으나인간세포실험에서는좀처럼성공하기가어려웠다. 그러나엘리박사가만들어낸배아줄기세포는난자의염색체 23 개에체세포의염색체 23 쌍 (46 개 ) 등모두 69 개의염색체로구성된 3 배체염색체를갖고있기때문에이를치료에이용하기에는문제가있다. 한염색체가 3 쌍이있어발생하는다운증후군같은문제를일으킬수있기때문이다. 엘리박사는이맞춤형배아줄기세포가치료목적에는적합지않지만이를만들어낼수있는방법을찾았다는점에서한걸음발전한것이라고자평했다
한국줄기세포치료제전망 줄기세포 치료제 강국 Korea 성체줄기세포 : 재생할수있는기관이한정적 O 파미셀 ( 김현수 ) : 2011 년 7 월 1 일세계최초의성체줄기세포치료제개발 심근경색치료제 O 메디포스트 ( 오원일 ) : 세계 2 호줄기세포치료제출시 무릎연골손상치료 ( 카티스템 ) 배아줄기세포 : 만들기어려움, 재생가능기관다양, 윤리적문제 ( 난자 ) O 차바이오텍 : 미국과공동으로세계최초 ( 환자기증수정란사용 ) 배아줄기세포치료제개발중, 희귀병인안질환 ( 스타가르트병, 황반변성증 ), 세계시장규모 4 조./1 년예상 줄기세포, 한국의히든카드인가? 황우석박사가주장하는 체세포복제배아줄기세포는아직세계적으로전무! 최근 3x 제외
배아줄기세포임상예 = 차바이오텍 & ACT 미국 ACT 사 ( 공동연구차바이오텍 ) 는미국정부에서연구를허용한배아줄기세포주를특정한세포로분화시켜현재는망막색소상피세포로분화시켰고현재스타가르트병과노인성황반변성증에임상실험중, 한국은 2012 년부터따로임상중 ( 차바이오텍 ). 인간배아줄기세포
배아줄기세포임상예 뇌성마비어린이치료효과관측 ( 차바이오텍 ) 관절염치료제 ( 메디포스트 ) 피부조직세포생체외배양을이용한화상환자의치료
한국 - 줄기세포제조및치료 ; 미, 일 - 세포분화연구중점
정상적인경우생체내암세포를 DNA 손상복구혹은면역체계등에의해세포자살 (apoptosis) 등을유도하여제거한다. 그러나, 면역체계나 DNA 의손상복구체계가정상적으로작동되지못하면암으로진행된다. 암세포
수호천사 P53 단백질 (cell cycle policeman)
양성종양 : 세포가조절되지않고계속분열되나종양이전이되지않고한곳에머물러있는세포들. 악성종양 : 세포가조절되지않고계속분열되며주위의다른조직에침범할수있는상태의세포들. 자궁폴립은양성종양중하나이며, 혈관덩어리종양으로건드리면출혈이될수있어성관계후출혈이나불규칙한출혈때문에산부인과를방문한환자에게서발견되기도한다. 폴립도양성종양이라큰문제는없지만재발가능성이많고, 가끔자궁폴립주변에자궁내막암을동반하는경우가있으므로치료가필요하다고한다. 대장암? 폴립? 자궁근종은자궁의근육이비정상적으로자라난양성종양으로출혈, 골반통, 불임, 조산등의원인이될수있다 ( 성악가조수미 ).
한국인암생존율 (2013 년기준 ) 사망률 1 위, 남 3 명중 1, 여 4 명중 1 발병 * 최근조기에암발견시 10 명중 7 명은완치가가능! - 암 4 기 : 악성종양이원격전이가된경우 ; 말기암 : 암의크기가커지거나광범위하게전이되어항암치료로더이상생명연장과삶의질향상에기여하지못하는시기에서임종전. - 암 1,2,3 기 : 암종류마다차이가있으나종양의침범 ( 크기 ) 정도 (Tumor, T), 림프절에암이침범한정도 (Lymph Node, N) 그리고전이 (Metstasis, M) 정도따라구분된다.
외과적수술방사선치료약물치료제 ( 일반항암제와표적항암제 (= 표적치료제 ) 등 ) 항암제 일반항암제 : 표적항암제이전의항암제로정상세포와암세포를구분하지못함. 예 ) 신생혈관억제제 : 이경우, 신생혈관이필요한암세포처럼분열이빠른다른세포에는작용하여골수, 위장관, 모근세포등의정상세포에도작용한다. 이로인해백혈구감소, 빈혈, 구토, 식욕부진, 탈모등의부작용이나타난다. 표적항암제 ( 표적치료제 ) : 표적항암제는암세포의성장이나생존에관련된단백질이나유전자에특이적으로작용한다. 일반항암제보다암세포특이적 ( 예 : 항체 - 항원, 단백질 - 리간드결합등 ) 이어서정상세포에대한독성이나부작용이기존항암제보다현저히적다. 예 ) 유방암치료제허셉틴, 대장암및황반변성치료제아바스틴, 백혈병치료제글리백등 대장암
허셉틴 HER-2 target 유방암위암 항체의끝부분에방사능, killer 세포, 화합물형약 (drug), 면역독소등을장착하여복합적으로암세포에작용시킬수있다. 혈관내피성장인자 A. 단클론항체기반치료제의일반적구조 B. 유방암의암세포활성화및항암치료제의작용기전의예
당화 (glycosylation) 부분의차이
3D 프린팅의생체의료분야에의응용 3D 프린터 3 차원설계도를바탕으로프린터종류에따라다양한소재를이용하여입체적인물체를만들어낼수있는기기 4 차산업혁명 : 인공지능, 로봇기술과생명과학이주도하는인간을중심으로한차세대산업혁명. 그중 : 3D printing & 소재의중요성
바이오프린팅 바이오물질 ( 세포등 ) 을원하는형상또는패턴으로적층하여조작이나장기를제작하는 3D 프린팅기술의한분야 피부, 근육, 혈관, 연골과같이단순한조직프린팅하여인체이식 오가노보 (Organovo) : 미국샌디에고에위치한기업으로간, 피부, 신장과같은신체조직의 3D 프린팅기술최초개발 초기인공심장 (2015 년, ( 미, 카네기멜론대학 )
바이오프린팅, 예 ( 계속 ) 의약프린팅 (Pharmaceutical printing) : 소비자가가정에서의약품을제작 ( 현재는적층구조, 용량조절등에이용 ) 하는데사용될수있는 3D printing 기술. * 화학물을제작하는것은아니고성분의용량, 형태등을사용자에맞게출력. *2015 년미국 FDA 스프리탐 ( 뇌전증치료제 ) 승인. 이전까지는의사가환자에맞게약을쪼개거나필요한양만큼약물을투입했으나, 3D 프린팅기술을활용한이약은환자에맞춰정확한용량 ( 크기, 기포조절, 용해속도 ( 방출속도 ) 조절가능 ) 조절이가능하다.
장기이식의새로운패러다임 장기이식 피바디상 -2014
장기확보를위한새로운시도들 기존의방법 : 기증 3D printing 무균돼지 국내 : 5/8 마리 6 개월이상생존
면역결핍돼지
인간화돼지
인공가사상태 (Suspended Animation, anabiosis) 인체를무의식상태에서생체대사가최소화혹은정지된상태로유지하는것으로외부의도움에의해생명현상을최소화시킨상태 응급환자의혈액제거 저온의식염수대체 ( 약 10oC) * 뇌손상없이 2 시간가량유지가능 ( 비교, 정상체온 3~4 분 ) deanimation reanimation *2015 (NGC, 10 대신기술 )