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줄기세포의 최신 연구 동향

줄기세포의 최신 연구동향

 

줄기세포의 정의 및 특성

줄기세포는 인체를 구성하고 있는 다양한 조직에서 자기 자신을 복제하거나 다른 세포로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포로, 크게 성체줄기세포, 배아줄기세포, 유도만능줄기세포의 3종류로 구분되며, 다음과 같이 다분화 능력 (Pluripotency), 자기 복제능력 (Self-renewal), 호밍효과 (Homing effect), 자체 조절 (Self-regulation), 유연성 (Plasticity) 등의 주요 특성을 가지고 있습니다.

  • 다분화 능력 (Pluripotency): 일부 줄기세포는 다양한 세포 유형으로 분화할 수 있는 다분화 능력을 가지고 있습니다. 이것은 하나의 줄기세포가 다양한 세포로 전환될 수 있는 잠재력을 의미합니다.
  • 자기 복제능력 (Self-renewal): 줄기세포는 자기 자신을 복제할 수 이는 능력을 가지고 있으며, 이는 일정 기간 동안 지속적으로 자체 복제하는 것을 의미합니다.
  • 호밍효과 (Homing effect): 줄기세포가 이동하여 상처 부위 또는 손상된 조직으로 정확하게 이동하고 필요한 세포 또는 조직의 복원 및 재생을 돕는 현상으로 화학적 신호감지, 이동 및 이동방향 결정, 분자상호작용, 조직 재생 및 수리와 같은 주요 특징을 나타냅니다.
  • 자체 조절 (Self-regulation): 줄기세포는 주변환경의 신호에 반응하여 분화하거나 자기 자신을 복제할 수 있는 능력을 조절할 수 있습니다. 이는 줄기세포가 필요에 따라 자동으로 적절한 방식으로 행동하고 조절할 수 있음을 의미합니다.
  • 유연성 (Plasticity): 일부 줄기세포는 다른 세포 유형으로 전환할 수 있는 능력을 가지며, 이는 줄기세포가 여러 다양한 조직 및 기관에서 필요한 세포로 분화할 수 있는 유연성을 가지고 있음을 의미합니다.

[줄기세포의 특성]

 

줄기세포의 역사 및 개발 범위

줄기세포는 1908년에 베를린 혈액학회에서 러시아 조직학자인 알렉산더 막시모프에 의해 과학적 용어로 사용되었습니다. 그로부터 70년 후, 인간의 제대혈에서 조혈모 줄기세포를 발견하였고, 3년 뒤 마틴에반과 게일 R. 마틴에 의해 배아줄기세포라는 용어가 확립되었습니다. 그 후, 2006년에 일본의 신야 야마나카 박사 및 카츠토시 타카하시 박사가 쥐의 만능줄기세포 제작에 성공하였으며, 인체의 세포 조직에서 미성숙 세포로 재프로그램이 가능한 유도만능줄기세포가 개발되었습니다. 흔히들 줄기세포는 아직 다 자라지 않은 배아가 정상적으로 발달하기 위해서 필요할 것으로 생각하지만 다 자란 성체의 몸에도 꼭 필요합니다. 이것은 성체의 몸에서 노화되어 죽는 세포를 보충하기 위해 끊임없이 새로운 세포의 공급이 필요하기 때문입니다.

앞서 얘기했지만, 만약 줄기세포를 이용한 기술이 상용화된다면 과거에는 상상도 할 수 없었던 일이 현실화될 것입니다. 예를 들어 신경세포가 손상되어 반신불수가 된 사람의 경우 신경세포는 자연적으로 재생되지 않으므로 자연 치유는 불가능하지만, 줄기세포를 이용하면 신경세포를 간단하게 재생하여 이를 환자의 몸에 이식하는 것만으로 치료할 수 있게 될 것입니다. 하지만, 아직 현재의 기술로는 줄기세포의 분화를 제대로 통제할 수 없으므로 아직 풀어야 할 숙제들이 많은 상황입니다.

한편, 줄기세포의 개발 범위는 줄기세포를 이용한 세포치료, 유전자치료 및 조직공학치료에 활용되는 의료기술 및 의약품과 신약 스크리닝, 3D 오가노이드 분야의 융합산업 및 줄기세포의 생산성과 연관된 플랫폼 산업 전반을 포함하고 있습니다. 줄기세포 외 체세포, 면역세포, 이종세포 등을 이용한 세포치료 및 유전자치료 기술에 해당하는 재생의료와는 비슷하면서도 다르며, 엄밀히 얘기하자면 줄기세포가 재생의료보다 넓은 범위를 내포하고 있습니다.

 

줄기세포의 최신 연구동향

현재 진행 중인 대표적인 줄기세포의 최신 연구동향은 다음과 같습니다.

  • CRISPR-Cas9 기술의 활용: CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술을 활용하여 줄기세포의 유전자를 수정하거나 조작하는 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 이를 통해 줄기세포의 특성을 조절하거나 다양한 세포 유형으로 분화시키는 연구가 진행 중입니다.
  • 인공지능과 데이터 분석: 인공지능 및 기계 학습 기술을 활용하여 대량의 생물학적 데이터를 분석하고 줄기세포의 특성을 예측하는 연구가 늘어나고 있습니다. 이를 통해 줄기세포의 특징 및 기능에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.
  • 줄기세포 기반 치료법 개발: 줄기세포를 활용한 치료법 개발이 계속해서 진행 중입니다. 특히, 신경계 질환, 심혈관 질환, 근육 및 골격 근육의 재생 등 다양한 질병에 대한 치료법이 연구되고 있습니다.
  • 조직공학 및 3D 프린팅: 줄기세포를 이용한 조직공학 및 3D 프린팅 기술이 발전하고 있습니다. 이를 통해 실제 조직과 유사한 3D 구조를 가진 인공 조직을 생성하는 연구가 진행되고 있습니다.

출처: 생명공학정책연구센터, ISSCR 2023을 통해 본 줄기세포 R&D 트렌드, 2023.07
[줄기세포 연구개발 패러다임 변화]

 


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