기사 메일전송
“세포 치료, 인간과 동물의 질병을 치료하기 위한 새로운 대안” - 동물의 근골격계 질환에 대한 줄기세포 치료 현황과 전망 ②
  • 기사등록 2021-09-21 19:34:27
  • 수정 2021-09-24 14:07:50
기사수정

[특별기고 – 이병천 서울대 수의과대학 교수]



[글 싣는 순서]
1. 불로장생의 꿈, 줄기세포로 점차 현실화
- MSCs, 기원과 세포 공여자에 따라 다양
- 지방 줄기세포, 재생의학에 유용
- 자가, 동종, 이종 줄기세포는 무엇이 다른가

2. 줄기세포의 기능과 활용
- 근골격계 이상 질병에 MSCs의 적용
- 통증 감소 및 운동 범위 넓어져
- 건과 인대의 손상 회복
- 손상된 장기 및 조직 수복 효능 입증


 

사진=픽사베이


줄기세포의 면역조절 특성
면역학적으로 환자에 다른 사람의 세포나 장기를 이식하면 거부반응이 일어난다. 이것은 복잡한 면역학적 단계에 의하며, 특히 생명체 세포의 표면에 조직적합성 복합체(MHC)가 존재하기 때문이다. MHC는 생명체로 하여금 이식된 조직을 수용하거나 거부할지에 영향을 미치는 인자이다. Class I MHC 분자는 생명체의 거의 모든 유핵 세포막에 존재하며, Class II 분자는 대식세포, 수지상 세포 및 림프구로 알려진 면역계의 세포에 있다.

성체 MSC의 면역원성에 대한 정보는 아직 완전히 알려지지는 않았지만, 성체줄기세포는 저면역원성으로 간주된다. 무엇보다도 조직적합성 MHC Class II 항원이 부족하고 MHC Class I이 잘 발현되지 않기 때문입니다. 줄기세포는 T 및 B 림프구와 NK 세포의 증식과 기능을 억제한다. 또한 antigen-presenting cells을 억제하고 Suppressor T 세포의 증식을 자극한다. 연구에 의하면 동종 또는 이종줄기세포가 이식된 환자 모두에서 동일한 면역조절 특성을 보였다. 말에 인위적으로 건 손상 후 자가 및 동종 줄기세포를 주입하였을 때 분포된 세포수에 차이가 없었고, 염증 및 조직학적 문제도 차이가 없었다. MSC는 면역 특권이 있는 것처럼 보이기 때문에 동종줄기세포는 수의학의 재생의학적 치료에 적용을 용이하게 하는 주요한 공급원일 수 있다. 그러나 동종 줄기세포의 이용시에 질병의 전파를 염두에 두여야 하며, 감염성 미생물의 모니터링 체계를 마련해야 한다.


근골격계 이상 질병에 MSCs의 적용 
만성 및 퇴행성 질환이나 장기 및 조직 손상의 해결하기 위해서는 줄기세포가 희망적 치료법으로 대두된다. 현재 수의학에서 골수나 지방조직 유래 MSC는 임상적으로 자주 사용되고 있다. 개와 말의 근골격계(건, 인대 및 관절) 질환의 치료가 여기에 포함된다. 또한 MSC는 말의 재발성 기도폐쇄에 사용되고, 고양이의 경우 소화기 계통 질환(염증성 장 질환) 및 만성 신장 질환에 사용이 시도된 바 있다. 실험적으로 마우스, 랫트 및 개에서 MSC를 사용하여 급성 간부전을 치료할 가능성을 알아보았다. 또한 자가 및 동종줄기세포는 실험적으로 척수손상, 유발된 요실금, 점막 궤양, 근이영양증, 골 결손, 관절 연골, 당뇨병 치료에 사용되었다.

수의학분야에서 가장 대표적인 줄기세포 치료는 근골격계 질환이다. 근골격계 질환에는 관절 뿐만 아니라 근육, 인대, 건 및 뼈가 포함된다. 처치할 수 있는 증상은 질병에 따라 신체의 특정 부위에 염증과 통증, 다양한 정도의 파행, 동물이 운동을 꺼리는 등 다양하다. 근골격계의 가장 흔한 질병은 골관절염(OA), 건 및 인대 손상(주로 말, TLI) 및 추간판 질환(IVDD)이 포함된다. 지금까지 이러한 질병의 치료에는 외과적처치, 소염제의 전신 및 국소 투여, 히알루론산(HA), 특수 세포 제품(혈소판이 풍부한 혈장-PRP, 인터루킨-1 수용체 길항제 단백질-IRAP) 처치, 운동 제한 및 물리 치료가 사용되었다. 근자에 들어 재생의학에서는 전통적인 치료 방법에 대한 대안으로 MSCs 치료법을 시도하고 있다.


통증 감소 및 운동 범위 넓어져 
골관절염은 동물과 인간 모두에서 증가추세이며, 통증을 동반하며, 장애를 초래하는 질병이다. 현재 관절문제를 호소하는 젊은 환자가 유의적으로 증가하였다. 관절 연골의 취약한 세포기질과 이 부위를 지나는 혈관, 림프관 또는 신경의 분포 부족으로 인해 일단 손상이 발생하면 복구가 잘 되지 않는 특성이 있다. 손상된 부위는 병리학적으로 치유를 저해하는 섬유질 또는 hyaline-like 연골로 채워진다.

골관절염은 나이가 들면서 발생하고 진행성이며, 이어 연골과 연골하골의 염증과 연속적인 퇴행으로 나타나 관절 전체 기능이 저하되고 소실된다. 일상적 및 심한 운동 중에 관절은 미세 부상을 초래하거나 상당한 부하를 받는다. 경주마에서 진행성 퇴행성질환으로 인한 파행은 매우 흔한 질환으로, 발생할 경우 경주에서 완전히 배제되며, 마주에게는 경제적 큰 손실이다.

최근 몇 년 동안 줄기세포는 개와 말의 대체치유요법으로 많이 사용되었다. HA, PRP 또는 기타 의약제제를 MSC와 동시에 종종 사용하기도 하였다. 개와 말의 골관절염 치료에서 MSC의 사용된 연구는 표 1에 요약된 바와 같이 다양한 방법으로 시도 되었다. 표 1에는 줄기세포로 치료한 질병, 자가/동종 여부, 줄기세포의 종류, 줄기세포 수, 투여방법, 투여 동물 수, 대조군의 존재, 관찰기간 및 치료효과를 요약하였다. 서로 다른 15편의 논문 연구결과 14편에서는 긍정적에서 유의적 효과를 보았으며, 한편의 논문에서는 임상적으로 유효한 효과가 없었다고 보고한 것으로 보아 이 분야의 응용가능성은 매울 밝다고 볼 수 있다. 

표 1. 동물의 골관절염 치료에서 MSC의 사용한 결과를 발표한 논문들임.  약어: OA —osteoarthritis, AD-MSCs—adipose derived mesenchymal stemcells, PBS—phosphate buffered saline, PRGF—plasma rich in growth factors, PRP—platelet rich plasma, HA—hyaluronic acid, UCB-MSCs—umbilical cord blood mesenchymal stem cells, SVF—stromal vascular fraction, BM-MSCs—bone marrow derived mesenchymal stem cells, PB-MSCs—peripheral blood derived mesenchymal stem cells.(출처; Biomolecules. 2021 Aug 2;11(8):1141. )


줄기세포 치료는 관절 내 주사, 경혈 주사 또는 정맥 주사를 통해 환자에 투여하였다. MSC의 OA 치료의 효과에 대한 명확한 평가는 대조군과 비교해야 하지만 그렇지 못한 제한점도 있다.

개의 줄기세포 요법의 효과를 알기 위해 무작위, 맹검, 위약 대조 임상 시험을 수행한 연구 결과에 따르면 AD-MSC를 고관절에 주사하면 대조군과 비교하여 파행과 통증이 감소하고 운동 범위가 넓어지는 등 개선 효과가 보였다. 다양한 연구에서 고관절 염증의 개선, 무릎관절 등의 개선 효과가 보였다. 

실험적으로 유도된 견갑골의 골관절염 치료를 위해 혈소판 풍부 혈장(PRP)을 과 AD-MSC를 병행 투여군이 대조군 및 단독 PRP 또는 AD 주사 군보다 효과가 좋았다. MSC 처치는 세포외 기질(ECM) 합성 및 연골 세포 증식에 ​​대한 촉진한 것으로 보이며, 또한 관절 내 염증 반응을 억제한 것으로 나타났다. 표 1에서와 같이 다양한 방법으로 시도가 가능하며, 적응증에 대한 최적의 처치 방법을 찾아내는 연구가 더 필요하다.
 

건과 인대의 손상
인대-건의 부상은 개, 고양이, 말 등 수의정형외과에서 가장 흔히 관찰되는 부상 중 하나이다. 대부분의 사례는 스포츠 활동을 하는 동물들에서 발생하며, 인대 또는 건의 급성 외상성 파열, 건 구조의 만성 또는 퇴행성 건병변을 보인다. 건병변의 퇴행성 원인으로는 노인성 변화, 면역학적 원인의 관절병증, 해부학적 장애 등이 있다. 인대나 건의 손상은 주변 조직이나 관절의 심한 통증과 부종, 활막염을 동반할 수 있다.

인대와 건의 자연적 재생 가능성이 낮기 때문에 치료를 시도해도 치유 과정이 연장되고 종종 치유에 한계가 있어 결과적으로 완전히 건강을 회복하지 못할 수 있다. 일련의 손상에 대한 치유과정이 온전치 못한 것은 인대나 건 등은 조직자체의 대사, 혈관분포 및 세포활성이 낮은 것에도 영향을 있다.

인대 및 건 손상의 보존적 치료 방법은 전신 또는 국소 소염제 및 식이 보조제의 사용을 할 수 있으며, 동시에 물리 치료를 받을 수 있다. 불행히도 이러한 조직의 자연적 재생 능력은 매우 한정적이기 때문에 대부분의 경우 결국은 외과수술을 택하게 된다.

이제까지 발표된 여러 논문을 종합한 조사연구에서 줄기세포 제제가 부분 전십자인대 파열과 극상근 건병변 모두에 긍정적인 효과가 있음이 입증되었다. 골수흡인농축액(BMAC) 또는 지방유래전구세포(ADPC)를 PRP(platelet rich plasma)와 함께 사용하면 개의 초기 부분 전십자인대 파열 치료에 대한 밝은 전망을 보여준다. 전십자인대 부분 파열된 13두의 개에서 PRP 줄기세포 처치 90일 후에 대한 관절경을 통해 관찰한 결과, 9마리에서 완전히 온전한 전십자인대와 현저한 혈관 신생 및 정상적 섬유패턴이 관찰되었다.
 

손상된 장기 및 조직 수복 효능 입증
줄기세포 치료법은 손상된 장기 및 조직의 수복의 재생의학분야에 효능이 입증되어 현재 의과학계에서 높은 관심으로 활용되고 있다. 

세계적으로 줄기세포를 연구하는 연구자와 이를 활용하는 임상가들은 MSC를 사용하여 환자를 치료하기 위한 안전하고 효과적인 처치법을 개발하기 위해 끊임없이 노력하고 있다. 사용된 줄기세포 제제의 효과, 환자의 임상 상태 개선뿐만 아니라 장기적 치료 효과는 여러 연구에서 하나씩 입증되어 왔다. 특히 정형외과 질환을 치료하는 고전적 방법에 대한 대안으로 점점 MSC 치료법이 우수함이 입증되고 있다. 이러한 긍정적인 연구결과에 힘입어 재생의학분야에서 더 우수하고 효과적인 줄기세포 치료 방법에 대한 추가 연구가 진행되고 있다.

자가 MSC를 포함하는 제제의 사용이 더 안전하지만, 이들의 채취 및 분리를 위해 복잡한 단계와 시간이 필요하며, 비용이 더 소요된다. 대안은 같은 종의 다른 개체에서 얻은 동종줄기세포이다. 그러나 동종줄기세포의 경우에는 면역원성이나 투여 된 환자에서 면역 반응을 유발할 가능성 등을 좀 더 연구할 필요가 있다.

배아줄기세포는 윤리적 측면과 과학적 제한점으로 임상적으로 사용하지 못해 왔다. 성체줄기세포의 경우 이러한 윤리적 문제는 없어 뼈나 연골과 같은 신체조직의 재생과 치유에도 자주 사용됨을 알 수 있다.

의학과 수의학분야에서 재생의학은 역동적으로 발전하는 분야이다. 근골격계 질환뿐만 아니라 장기의 질환이나 피부손상 등에서 지금까지의 난치나 불치병을 극복하기 위한 대안으로 추천할 수 있다. 이제까지의 많은 연구와 효과적 치료에도 불구하고 치료 프로토콜의 표준화와 목적한 개별 질병 치료에까지 MSC를 사용 가능하게 하는 좀 더 구체적인 연구가 필요하다. 연구자들은 가까운 기간내에 만족스러운 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대하며 지금까지 불치병으로 여겨졌던 질병의 치료에 희망을 주게 될 것이다. 최근 MSC 요법은 근골격계 질환 치료의 황금요법이 되고 있다. 임상에서의 실증 예와 수많은 실험실의 연구결과가 MSC 치료의 성공적인 활용 증거이다.  (끝)
 

0
기사수정

다른 곳에 퍼가실 때는 아래 고유 링크 주소를 출처로 사용해주세요.

http://mdtrinity.com/news/view.php?idx=6084
기자프로필
관련기사
재생의료 기사
나도 한마디
※ 로그인 후 의견을 등록하시면, 자신의 의견을 관리하실 수 있습니다. 0/1000
네이처셀 주주전용몰
기획특집 1 - 치매더보기
    게시물이 없습니다.
기획특집 2 - 미세먼지더보기
    게시물이 없습니다.
모바일 버전 바로가기
TOP