임상 배아줄기세포에서 최고 수율 도파민 세포 생산

의대 김동욱 교수, 박상현 박사, 박찬욱 대학원생(생리학) 연구팀

의대 김동욱 교수, 박상현 박사, 박찬욱 대학원생(생리학) 연구팀이 임상용 배아줄기세포에서 세계 최고 수준의 고수율 도파민 신경전구세포 대량 생산법을 개발하고 대규모 비임상 동물 시험에서 유효성과 안전성을 증명했다. 

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘셀 스템 셀(Cell Stem Cell, IF 23.9)’에 게재됐다. 

파킨슨병은 신경전달물질인 도파민을 분비하는 신경세포가 소실돼 나타난다. 현재까지 증상을 완화하는 것을 치료 목표로 한다. 

최근에는 파킨슨병을 근본적으로 치료하기 위한 방법으로 배아줄기세포나 역분화줄기세포(iPSC)로부터 중뇌 특이적 도파민 신경전구세포를 만들어 뇌 속에 넣어 죽은 도파민 세포를 대체해 주는 세포대체치료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 

연구팀은 세포 투과가 용이한 저분자 물질만을 사용해 정밀한 분화 신호 조절에 성공함으로써 기존 미국, 유럽 팀 대비 높은 수율의 도파민 전구세포를 제조할 수 있었다. 

또 연구팀은 다른 팀들의 2차원 분화법과 다르게 3차원으로 도파민 세포를 분화시켜 대량 생산하는 방법도 개발해 1회 분화로 파킨슨 환자 약 25만명 정도를 치료 가능한 도파민 신경전구세포 약 3.18조개를 생산할 수 있었다. 

이러한 도파민 신경전구세포의 유효성 및 안전성 시험을 이어갔다. 

파킨슨병 동물 모델 쥐에서 대규모 유효성 시험을 수행했다. 이식한 도파민 신경전구세포는 성공적으로 도파민 신경세포(TH-양성세포)로 성숙했으며 암페타민(amphetamine)을 이용한 회전 시험에서 16주 후 회전 행동이 정상 수준으로 회복됐다. 또 PET-CT를 이용해 이식 후 도파민 세포의 기능을 분석했을 때 이식한 세포가 장기적으로 뇌에 생착해 도파민을 생성했다. 

또 파킨슨병 동물 모델 쥐에서 다양한 이식세포 수에 따른 행동평가를 수행한 결과, 1만 개를 이식한 그룹부터 유효성이 나타나 임상 시 사람에게 이식할 저용량 세포수인 315만 개를 결정하는 데 중요한 정보를 제공했다. 

안전성 시험은 독성, 체내 분포 및 종양생성 여부 등으로 나눠 대규모로 면역 부전 쥐에서 수행했다. 종양원성시험에서 도파민 세포로만 이뤄진 그룹에서는 종양 형성이 관찰되지 않았다. 체내 분포시험에서도 이식 뇌 부위에만 세포가 존재하고 있었고 독성 시험에서도 독성이 관찰되지 않았다.