줄기세포, 가능성과현실사이의거리 요즈음여기저기서 줄기세포 라는단어를손쉽게발견할수있다. 줄기세포성형, 줄기세포화장품, 줄기세포식품까지 우리는수년전줄기세포연구에대해크게실망한경험이있다. 그이후줄기세포연구가비약적인발전을한결과일까? 줄기세포연구와기술의상용화가실제로어디까지와있는지살펴본다. 고은지연구위원 ejko@lgeri.com 갑자기많아진줄기세포제품들줄기세포에대한대중의높은관심은줄기세포가가진잠재력이무궁무진하다는데서출발하고있다. 현재의의료기술로는치료가불가능한난치병, 예를들면중풍이나척수손상과같은질병의치료에서줄기세포가핵심적인역할을할것으로기대하고있다. 그러나이러한목표가실현되기위해서는과거에기대했던것과는달리오랜시간이걸릴것으로예측된다. 우리나라식품의약품안전처에서공식승인한치료제가있긴하지만, 아직제한된환자들에게제한된요법으로적용할수있는수준이며, 미국등해외에서도승인된제품도극소수에그친다. 이처럼치료제의경우규제기관을통해실제안전성과유효성이검증된제품은몇개되지않지만, 최근특정업체가식약처허가를받지않은제품으로국외시술을알선하는등의물의를일으키기도하였다. 이업체는국내에서식약처허가를받지않은제품으로합법적인시술이불가능해지자치료를원하는일부환자를중국, 미국, 일본등으로데려가시술을받도록한것이다. 이에보건복지부에서는국내에서허가받지않은치료제로외국에서시술하는사례가더이상발생하지않도록주의시키는조치를취하였다. 이처럼치료제개발분야에서는상당히 조심스러운접근을이어나가는상황이지만, 미용 성형이나건강관리분야등에서 줄기세 포 를활용하는사례가늘고있다. 화장품의 경우이미 3~4 년전부터글로벌업체뿐아니 라국내업체들도줄기세포를활용한신제품 을출시하는등줄기세포를새로운안티에이징 소재로주목해왔다. 그러나줄기세포화장품 은줄기세포자체를소재로이용했다기보다는 줄기세포배양과정에서세포외로배출되는 특정성분등배양액 1 을활용한제품이다. 많 은업체들이이제는 배양액 등관련성분을 있는그대로제시하고, 식약처에서규제하는 2 과장광고를주의하려는움직임이있다. 성형 수술, 탈모치료, 임플란트등에서내세우는줄 기세포시술들은아직그안전성과효능이명 확히규명되지않은것이대부분으로, 오염된 세포이식에의한염증등많은부작용이문제 시되고있는형편이다. 줄기세포식품또한학 계에서보고된연구결과가없는것으로알려 지고있다. 많은사람들이기대와희망을가지고있 는줄기세포연구는실제어느수준으로와있 는지살펴본다. 1 줄기세포배양액 : 줄기세포를배양할때, 나오는부산물로배양에필요한영양물질및세포를배양할때나오는분비물을포함 2 현재국내에서는화장품법을통해 세포재생 이라는표현을금지하고있음. LG Business Insight 2013 4 3 29
질병과노화로손상된세포와조직, 장기를복원하는재생의학에있어줄기세포가핵심적인역할을할것으로기대되고있다. 줄기세포의기본개념과최근연구동향 줄기세포는일반세포와달리스스로복제를 통해증식할수있고, 신경 근육 연골등다 양한종류의세포로분화할수있는특징을 갖고있다. 흔히줄기세포가엄청난잠재력을 지니고있다고하는데, 기존의전통적인치료 법이질병의증상을완화시키는데주력하는 반면줄기세포는질병의근본적인원인을직접 적으로치료하는능력을가졌기때문이다. 따 라서질병과노화로손상된세포와조직, 장기 를복원하는 재생의학 에있어줄기세포가핵 심적인역할을할것으로기대하는것이다. 줄기세포는우선자신의몸에서얻는지, 타인으로부터얻는지에따라자가, 타가 ( 동종 ) 로구분되고, 골수 혈액 지방등인체의특정 부위나제대혈 태반으로부터추출하는성체줄 기세포와, 임신한여성의수정란 ( 착상전배아 조직 ) 에서추출하는배아줄기세포로크게구 분된다. < 그림 1> ips 세포의유도과정 만능성을지닌줄기세포로바꾸는데필요한 4 개유전자를바이러스에삽입 유전자도입 배아줄기세포와같은방식으로배양 배아줄기세포는성체줄기세포에비해보다다양한장기로분화할수있는능력이있어주목을받았지만, 하나의생명으로분화될수있는수정란을연구에사용하는점등으로인해생명윤리논쟁을크게불러일으켰다. 2005년크게논란이되었던황우석박사의줄기세포는배아줄기세포연구였다. 배아줄기세포는이런문제점이외에도성체줄기세포에비해연구의난이도가높고성공확률이낮다. 따라서지난수년간연구자들은상대적으로윤리논란에서자유롭고, 쉽게재료를확보할수있으며, 부작용도적은성체줄기세포연구에집중하는경향을보였다. 최근에는 2012년노벨생리의학상 3 을수상한유도만능줄기세포 (ips세포, Induced Pluripotent Stem Cell) 가각광받고있다. ips세포는분화의메커니즘을거꾸로돌렸다고해서역분화줄기세포라고도하는데, 체세포에인위적인자극 4 을주어분화이전의단계로되돌려만능줄기세포로만들어내는방법이다 (< 그림 1> 참조 ). ips세포는배아줄기세포와같이모든종류의세포로분화할수있는능력을가지지만, 자가세포를이용하므로이식거부반응을줄일수있고, 난자나배아를이용하지않아윤리적문제도발생하지않는장점을지닌다. 환자의치료제로쓰이기위해서 ips세포는아직해결할점이많지만, 그잠재 자료 : Wikipedia 환자의체세포 ( 예 : 피부세포 ) 분리, 배양 형질변환된유도만능줄기세포가콜로니형성 3 일본교토대학의야마나카신야교수, 영국캠브리지대학의 John Gurdon 교수가공동수상 4 바이러스를이용하여세포에만능성을제공할수있는 4 개의유전자를삽입하여형질전환 30 LG Business Insight 2013 4 3
현재줄기세포치료제가연구되고있는분야는심혈관질환을비롯, 10 여개에이른다. 력을높이평가받아줄기세포연구로는최초 로노벨상이수여되었다. 또한줄기세포치료는이식수술등으로 이루어지므로이식시환자의거부반응을최 소화시킬수있는생체소재및조직공학기술 의도움이필요하다. 콜라겐이나히알루론산 등생체소재 ( 생체재료 ) 는질병치료및손상된 조직을복원시키는데사용되며, 조직공학은 생체소재와줄기세포를결합하여배양한후 인체조직이나장기로만들어내는기술이다. 그러나높은수요에도불구하고생체소재, 조 직공학기술또한아직개발의속도는더딘것 으로나타나고있다. 줄기세포에거는기대 학술지 Nature 는 2013 년의기대되는연구성 과로인간배아줄기세포를이용한실명증 ( 失明 症 ) 치료제임상연구를맨먼저꼽았다 5. 그 리고수년안에는 FDA 에서승인하는성체줄 기세포유래신약이첫선을보일것으로예측 되고있다. 향후 10~20 년사이에는다양한질 환영역에걸쳐줄기세포치료제의상업화가 이루어지면서의료산업에새로운패러다임을 제시할것으로기대되고있다. 치료제분야 줄기세포연구의결과물을의약품 ( 치료제 ) 으로 볼것이냐일반시술로볼것이냐에대해서는 5 미국의 ACT 社는배아줄기세포로부터분화된망막세포를실명환자에게이식하는임상시험을수행중이며, 2013 년에초기연구결과를발표할예정 (Nature, New Year, New Science, 2013.1.3.) 예전부터논란이있어왔다. 그러나체외에서 조작, 배양된세포를이용하는방법인경우에 는세포치료제제, 즉바이오의약품으로분류 하여동일한기준을적용하면된다는의견이 우세하다. 환자의몸에서줄기세포를추출하여 체외에서배양과정을거치지않는, 일반줄기 세포시술 6 은조혈모세포이식을통한백혈병 면역결핍질환치료, 자가줄기세포이식을통한 무릎연골재생치료등에주로활용되고있다. 현재임상시험에서연구되고있는분야는 심혈관질환 ( 심근경색, 혈관신생 ), 당뇨, 신경질 환 ( 뇌졸중, 알츠하이머병, 파킨슨병, 척수손상 ) 분야를비롯, 암 ( 뇌종양, 백혈병, 혈액암 ), 정형 외과질환 ( 퇴행성관절염, 연골재생 ), 안과질환 ( 망막손상으로인한실명증 ), 염증질환 ( 크론병 ) 까지매우다양하다. 분야별로볼때개발이 이루어지는속도는기술 제품별로차이가있 을것이나대체로염증질환 - 심혈관질환 - 퇴 행성관절염 - 신경질환의순서가될것으로예 상하고있다 7. 특히근본적인치료법이없는알 츠하이머병 파킨슨병등뇌신경질환의경우줄 기세포를이용하여혁신적인치료방법을찾을 수있을것으로기대하고있다. 현재환자자신 의골수나지방혹은제대혈로부터추출한줄 기세포를신경줄기세포로분화 이식하여, 이 식된줄기세포에서분비하는단백질들이뇌세 포 ( 뉴론세포 ) 의사멸을억제하는효과를얻을 수있다는임상결과들이발표되고있다. 심혈 6 이경우는치료제로보지않고시술로간주함. 7 GBI Research, Stem Cell Research Market to 2017, 2011. LG Business Insight 2013 4 3 31
줄기세포는치료제개발뿐만아니라임상시험연구에서도활용될수있다. 관질환분야에서는심근경색증으로심혈관일부가손상된환자에게줄기세포로분화시킨심근세포를이식하는연구가진행중이다. 이처럼임상시험중인분야만보더라도현재의의료기술로는완치가어렵거나치료법이없고, 오랜기간동안환자의고통이뒤따르는만성질환등이많아제품개발에성공한다면그파급효과는매우클것으로전망되고있다. 신약개발임상시험분야치료제개발이외에도줄기세포는신약개발과정에서후보물질탐색등연구목적으로활용될수있을것으로기대되고있다. 의약품의임상시험에는일반적으로 10년이넘는개발기간과막대한비용이소요되는데, 줄기세포에서분화된세포 조직등을이용한다면좀더신속하고용이한방법으로약물의안전성과효능을테스트할수있게된다. 이미대형제약기업에서줄기세포모델을활용하려는시도를하고있다. 2012 년 Pfizer, Sanofi, Roche 는 Oxford 대학과함께난치병치료제임상연구를위한줄기세포은행을구축하는데약 7천만달러를투자하기로하였다. 여기서확보된줄기세포주 8 는주로말초신경질환, 치매, 정신분열등중추신경계질환과당뇨등의치료제개발에서독성및효능연구를위해사용될예정이다. 치료제개발뿐만아니라임상시험분야에서도 ips세포의활용이늘어나는추세이다. 예를들면난치성질환의치료제를개발할때, 후보약물여러개를 ips세포에서분화시킨세포에주입하여효능을확인하는것이다. ips세포는환자에서분리한체세포로만들었기때문에약효를정확히확인할수있는장점이있다. 신약후보물질의독성등안전성을검증할때도환자의 ips세포를이용하면기존에생쥐등동물대상으로실험하는것보다유의한결과를얻어낼수있을것으로기대되고있다 9. 최근 ips세포에서간 심근 신경등다양한세포로분화 유도시키는기술이진전을보이고있으며이를제조해서공급하는업체도생겨나는추세이다. 상업화는초기단계현재줄기세포치료제는임상 3상단계의제품이 500여개에이르고있으며그수가증가하는추세로 10, 멀지않은시기에제품화성공여부가결정되면서비로소상업화가전개될것으로보인다. 문제는희망에비해실제의료에응용되는데까지상당히오랜기간이걸리고있다는점이다. 줄기세포치료제뿐만아니라일반체세포를이용한세포치료제도상용화된제품이많지않다. 현재줄기세포치료제로승인된제품은전세계적으로 4개에불과한것으로나타나고있는데앞서언급한바와같이국내에서만 3개의제품이출시되었다. 해외에서는캐나 8 Stem Cell Line : 배양이가능한조건하에서지속적으로증식이가능하고다양한세포로분화할수있는세포주 9 동아일보, 유도만능줄기세포로척수손상 - 파킨슨병정복, 2013.2.22. 10 NIH, 2013.3 기준 32 LG Business Insight 2013 4 3
주요국의줄기세포경쟁 세계각국은줄기세포시장을놓고치열한연구경쟁을벌이 고있다. 산 학 연협력을통해다양한기초연구및상업화 연구가이루어지고있으며, 난치병을타깃으로하는수백개의 후보물질이임상시험중에있다. 미국이전분야에서우위를 점하고있는가운데, 유럽에서는영국과스웨덴, 덴마크등이기 초연구중심으로비교적활발한투자를하고있다. 일본은 ips 세포연구를필두로공격적인모습을보이고있다. 우리나라는 줄기세포상업화측면에서볼때는전세계적으로선두주자이 지만, 원천기술확보등기초연구측면에서는세계 7~8 위권의 수준으로선진국과의격차가존재하는것으로평가되고있다. 연구주체로볼때미국등지에는관련기업의수가많지만 아직대부분의국가에서대학과연구기관, 병원등이중심이 되어기초및임상연구를수행하고있다. 국가에서지원하는 연구비도주로연구기관에집중되고있다. 기업들도자체적으 로연구및사업화를추진하기보다는다른관련기업들 ( 주로 미국 ), 대학등과협력관계를맺고공동의성과를창출하는방 식을택하고있다. 미국 : 오바마집권이후연구가속 다른바이오분야와마찬가지로줄기세포분야에서도미국이 가장활발한모습을보이고있다. 과거보수성향이강한부시 대통령시절에는배아줄기세포연구에대해생명윤리논란이 일자연방정부차원의배아줄기세포연구를아예법적으로금 지했었지만, 2009 년오바마대통령이집권하면서그금지가철 회되었다. 오바마정부는배아줄기세포연구를대상으로한정 부지원금제한을폐지하고연방연구비 2 억달러를추가로지 원하기로결정하였으며, 줄기세포연구지원에대한새로운가 이드라인을제시하여이후에는줄기세포연구가탄력을받게 되었다. 이러한노력등에힘입어미국은현재진행중인임상시험의 수와투자측면에서월등한규모를보이고있다. 2001 년 10 여개에불과했던줄기세포관련업체의수는 2013 년현재 60 개이상으로증가하였고 1, 연방정부에서투자하는금액 또한연간 12 억달러에달하고있다. 일본 : ips 세포연구에강점 일본은 2012 년 ips 세포연구로노벨상을수상하면서 ips 세 포실용화연구에박차를가하고있는모습이다. ips 세포실 용화연구에향후 10 년간, 총 1,100 억엔을투자하기로결 정했으며, 미래질병치료를위한 75 개의 ips 세포를보관하는 줄기세포은행을건립중에있다. 일본정부는 ips 세포임상연 구를허용하면서안과질환 혈액 신경계질환등의연구를 진행하려는계획인데, 이미 2013 년 1 월일본이화학연구소등 에서이미시력감퇴환자를대상으로 ips 세포세포를이용한 시력회복임상연구를시작한것으로알려지고있다. 최근후생노동성은 2013 년 2 월 재생의료및세포치료규제 안 을확정하여줄기세포연구및치료를관리하는방안도함께 마련해나가고있다. 규제안에서는재생의료 세포치료를위험 정도에따라 3 단계로나누고, 위험도를고려한투여방법을규 제하는등줄기세포치료의위험도를관리하도록하고있다. 한국 : 황우석사건이후성체줄기세포연구로방향성이동 우리나라의경우황우석박사의배아줄기세포논문조작사건 이후성체줄기세포연구를중심으로발전해왔다. 그결과 2011 년기준성체줄기세포연구논문 391 편을발표, 세계 8 위권 의실적을보이고있다. 줄기세포관련하여 2012 년기준 20 건 이상의임상시험이진행중이며, 보건복지부등 6 개부처가공 동으로약 1,000 억원의예산을투자하고있다. 그러나이예 산규모는일본의 ips 세포연구한부문과비슷하고미국의전 체줄기세포예산의약 1/10 수준에그쳐아직선진국대비해 서는부족한수준으로나타나고있다. 업체들의줄기세포연구도꾸준히이어지고있어줄기세포치 료제생산업체가약 10 개에이르며, 이들중 3 개업체는 10 여년 에걸친임상시험을거쳐식약처로부터정식판매허가를받았 다 (< 표 > 참조 ). 줄기세포이식에대해임상시험을간소화하자는 요구가있기도하지만 2, 현재로서는반론이더우세한상황이다. 줄기세포치료로인한부작용에대해철저한검증이필요하다는 입장이며, 희귀난치성질병환자를위한다면기존희귀의약품 지정제도의내용을조정하는등의대안을제시하고있다. < 표 > 식약처에서판매허가한줄기세포치료제 제품명개발기업분류대상질환출시일 하티셀그램에프씨비자가골수유래급성심근경색 2011.7.1 -에이엠아이파미셀중간엽줄기세포동종제대혈유래카티스템메디포스트무릎연골결손 2012.1.18 중간엽줄기세포자가지방유래큐피스템안트로젠크론성누공 2012.1.18 줄기세포 1 StemCellResources.org 참조, 일반세포치료제개발업체는미포함 2 줄기세포등의관리및이식에관한법률안, 정하균의원대표발의, 2011. 9. 16. LG Business Insight 2013 4 3 33
줄기세포치료제의본격적인상업화에는오랜시간이걸릴것으로예상된다. 다에서 2012 년 5 월승인된미국의 Osiris 사가 개발한급성이식편대숙주반응 11 치료제 ( 제품 명 Prochymal) 가유일한사례라고볼수있 다. 그러나 Prochymal 은조건부승인을받았 고이식편대숙주반응이희귀한질병이라는것 을고려하면이번승인이미치는파급력은미 미할것으로보인다. 2011 년조혈모세포이식에사용되는 Hemacord 가줄기세포제품으로는유일하게 FDA 승인을받았다. 그러나 Hemacord 는제 대혈에서채취한전구세포 12 로만든혈액제제 로, 치료제로는보기어렵다. 줄기세포시장전망에대해서는여러기 관에서예측치를내놓고있으나그수치는매 우제각각이다 (< 그림 2> 참조 ). 그림에서보는 것처럼줄기세포제품시장은 2011 년기준 38 억달러에서 97 억달러에이르기까지시장규 모예측이상이한것으로나타나고있다. 이는 < 그림 2> 줄기세포치료제시장전망 ( 억달러 ) 500 400 300 200 MedMarket Kalorama 100 BCC 0 2010 2012 2014 2016 2018 2020 자료 : Kalorama Information(2008), MedMarket Diligence(2010), BCC Research(2012) 11 Graft-vs-Host Disease (GvHD) : 골수이식혹은수혈후발생하며, 수혈된림프구가면역기능이저하된숙주 ( 수혈받은사람의신체 ) 를공격하여발열 발진 간기능이상 설사등의증상을일으키는질환 12 Precursor Cell, 특정세포의형태및기능을갖추기전단계의세포 아직도개발단계의기술이많은줄기세포연구수준을볼때현재시점에서정확한시장예측을하기가어렵기때문으로보여진다. 그나마이정도의시장규모를보이는것은치료제가아닌줄기세포관련제품이나사업, 예를들면제대혈은행, 생체소재 / 조직공학제품매출등이함께포함되어있기때문으로보인다. 해결해야할이슈아직많아줄기세포연구는현재시판중인약으로치료할수없는난치병치료에새로운패러다임을열것으로기대되나, 상용화에이르는길에는적지않은장벽이존재하고있다. 기술적장벽먼저줄기세포를제품으로만들어내는과정에서해결해야하는기술적장벽이높다. 줄기세포연구에서는생물학적안전성문제가중요하게제기되고있다. 줄기세포치료제는일반의약품과달리살아있는세포를재료로하기때문에보관에있어상당한수준의노하우를요구한다. 배양과정에서바이러스나병원체등의감염에취약하며, 기형종발생등종양세포로의변형도문제시되고있다. 분화의효율을높이는것도중요과제이다. ips세포연구에서는체세포를 ips세포로역분화시키는효율이아직낮은것으로알려져있다. 또한인체에대량투입할경우이상면역반응등예측불가능한부작용도있을수있다. 환자자신의몸에서추출된성체줄기세포라도체외배양 34 LG Business Insight 2013 4 3
과거줄기세포를둘러싼윤리적논란은 ips 세포개발등으로상당부분감소하였다. 과정에서유전적성질이변하여면역거부반응을일으킬수있다. 생산의어려움, 허가의불확실성줄기세포치료제는품질관리가매우어려울것으로보인다. 바이오의약품에대체로적용되는사항이지만, 세포치료에있어서는더더욱세포조작과정및관련시설에대해엄격한관리기준이필요하게된다. 시설관리기준을엄격히유지하고, 관련인력에대한교육훈련이강도높게이루어져야하는등의이유로줄기세포치료제개발및생산에들어가는비용은매우높아질수밖에없다. 인허가과정에서도기존의의약품과다른특성때문에줄기세포치료제는고려사항이많이다르다. 따라서인허가의불확실성이좀더높은편이라고할수있다. 줄기세포가기술난이도가높고빠르게변화하는분야라, 인허가담당기관인력의전문성도그에맞게높게유지시켜야하는부담도있다. 사회적인식과수용도과거에배아줄기세포를둘러싸고과열되었던윤리적논란은성체줄기세포로의연구방향성이동, 배아줄기세포에필적하는 ips세포연구활성화등으로상당부분감소한상태이다. 그러나앞서지적한바와같이줄기세포치료제에대한인식은아직성숙하지못한것으로보인다. 현재의기술수준을과대평가하여줄기세포라면맹신하는사람들이있는반면, 엄격 한잣대를들어객관적으로검증된연구결과조차믿지않는사람들도있다. 줄기세포치료제투여를위해서는의사의이식수술과정을거쳐야하므로, 일반의약품보다훨씬더의료진에대한의존도가높을수밖에없다. 따라서향후에줄기세포치료가보편화되기위해서는높은전문성을보유한다수의의료진이필요함과동시에, 객관적인관점에서시술을평가하고수용할수있도록하는의료계전반의분위기도요구된다. 분야별로약간의차이가있다고는하나줄기세포치료제는대부분이아직이렇다할명확한효과를이야기할수있는단계에이르지못하고있다. 이런상황에서각종시술에의무분별한적용등은줄기세포에대한반감만커지도록하는역할만할수있다. 일부의잘못된시도로줄기세포에대해심각한안전성문제가불거지거나효과가떨어진다는여론이확산된다면연구환경을위축시키고더나아가우리기술에대한국제적신뢰를떨어뜨리는부정적결과로이어질것이다. 따라서상업화성과를성급히기대하기보다는, 탄탄한기반을마련하는것이더중요할것이다. 무엇보다도줄기세포는엄격한임상시험과기초연구역량이중시되는분야이다. 생물학이나기초의학등관련학문전반을아우르는각분야의협력과경쟁을유도하고, 장기적으로투자가계속될수있는기반을조성해가야할것이다. www.lgeri.com LG Business Insight 2013 4 3 35