줄기세포란?
(줄기세포란?)
줄기 세포는 우리 몸을 구성하는 모든 세포의 기원이 되는 세포로 우리 몸에 극히 소량으로 존재하며 다양한 세포를 만들어 줍니다. 예로 피부에 상처가 나게 되면 시간이 지나면 새로운 피부가 만들어지는데 이는 피부 아래쪽에 피부세포를 만들어 내는 줄기세포가 존재하기 때문입니다. 이와 같이 줄기세포는 우리 몸을 구성하는데 없어서는 안되는 귀중한 세포입니다. 줄기세포는 우리 몸에 있는 다양한 종류의 조직에 존재하는 성체줄기세포와 배아에서 유래하는 배아줄기세포로 구분될 수 있습니다.
성체줄기세포는 특정 조직을 구성하는 세포로 세포 분화의 운명이 정해져 있는 세포입니다. 이 세포는 우리 몸속에 극히 미량으로 존재하며 배아줄기세포는 정자와 난자의 결합으로 생성된 수정란에서 유래되어 인체를 구성하는 모든 세포로 분화할 수 있는 무한 한 능력을 가지고 있습니다. 그러나 수정란을 이용하기 때문에 윤리적 문제를 동반하고 있습니다. 그걸 대체하기 위한 줄기세포로 역분화 줄기세포가 있습니다.
성체줄기세포는 배아줄기세포에 비하여 분화능력은 떨어지고 우리 몸에 아주 극소수만 있기 때문에 성체줄기세포의 분리에 많은 시 간과 노력이 필요합니다. 그러나 성체줄기세포는 배아를 회생시키지 않고 줄기세포를 확보할 수 있다는 점，이식할 경우 거부반응, 종 양으로 발전할 수 있는 가능성을 최소화할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있습니다.
1. 줄기세포란?
줄기세포는 한문으로는 간세포(幹細胞), 즉 식물의 줄기 역할과 같은 특징을 지닌다고 하여 줄기세포라고 불린다. 그러면，왜 줄기보다 더 근간이 되는 뿌리를 써서 뿌리세포(根細胞》라 불리지 않았는가? 줄기세포의 특징을 알아보면 그 이유를 알 수 있다. 줄기 세포의 학문적 정의는 "두 개의 딸세포로 분열하는 과정에서 하나는 자신과 같은 세포와 다론 하나의 분화된 세포를 생산하는 세포로 정의 된다. 하지만，이렇게 간단한 알로 줄기세포를 정의한다는 것은 불가능하다. 줄기세포를 정의하기 위해서는 배아줄기세포 (embryonic stem cells) 뿐만이 아니라 성체줄기세포(adult stem cells) 및 생식 줄기세포(germline stem cells) 둥 다양한 줄기 세포 모두를 충족시킬 수 있는 공통 특징이어야 한다. 그럼，위의 세 가지 줄기세포의 공통 특징을 알아보자,
(1) 자가 재생산《self-renewal》
줄기세포를 정의함에 있어，많은 논문이나 책에서 '무한히(immortal or unlimited promeration) 증식하는 세포라고 말하고 있다. 자가 재생산이란 분열하여 자신과 똑같은 세포를 만드는 것이다. 따라서，줄기세포란 명칭이 붙기 위해서는 분열하여 자신과 똑 같은 세포를 생산할 수 있어야 한다. 그러나，줄기세포의 종류에 따라 자가 재생산 능력이 차이가 있다. 배아줄기세포의 경우는 자 가 재생산에 적절한 배양조건에서는 거의 무한히 증식하며 동일한 특징을 가지는 배아줄기세포를 만들어낸다. 하지만，성체줄기세포 의 경우는 지금까지 개발된 배양 최적의 조건에서도 그 증식에 한도가 있어 10 passage 정도까지 만 분열하고 senescence에 빠지게 된다. 물론 신경줄기세포(neural stem cells｝는 30 passage 이상 분열한다. 이와 같이 줄기세포의 종류에 따라 증식 및 자가 재생산의 능력에 차이가 있으므로 무한히 증식한다는 알은 옳지 않아 보인다. 물론 아직까지 성체줄기세포의 체외 배양조건이 최적 화 되지 않아서 증식이 유한해 보이지만，미래에 무한 증식에 관여하는 요인(factors｝을 발견한다면，모든 줄기세포를 체외에서 무한 증식 시킬 날이 올지도 모론다. 하지만, 현 상황에서 줄기세포를 정의하기 위해서는 현실에 맞게 나중에 바뀔지라도서술되어야 할 것 이다. 체내에 존재하는 줄기세포는 체외에서 배양될 때 보다 더 오래 살아가며 증식이 가능하다, 그런 경우에도 무한히 증식하는 것을 증명할 수 없으므로 줄기세포의 자가 재생산능력이나 증식능력을 말할 때 “무한히 “란 단어 대신 ” 상당기간 동안(for expanded period of time) B 이란 말을 사용하는 것이 현시점의 줄기세포를 정의하는데 더 알맞은 것 같다.
(2) 분화능
줄기세포는 그 자체로서 생명체의 생명유지를 위한 일을 하지 않는다. 대사작용 둥의 생명유지에 필요한 일을 하는 분화된 세포를 공급해주는 역할을 할 뿐이다. 예를들어，조혈줄기세포(hematopoietic stem cells》는 백혈구，적혈구，림프구 둥의 세포로 분화하여 분화된 세포가 생명체 유지에 필요한 각자의 역할《면역반응, 산소공급 둥》을 하게 된다. 만약 조혈줄기세포가 분화하지 못하면 생명체는 살아갈 수가 없다. 따라서 줄기세포는 특정 시그널(신호》에 반응하여 분화하는 세포다. 분화능력이 없으면 줄기세포가 아니 다.
⑶ Clonality
자가 재생산능력이 줄기세포 여러 개콜 한 배양액에 배양할 때 증식하여 동일한 줄기세포를 만드는 능력이라면, clonality란 한 개의 줄기세포를 배양할 때에도 증식하여 동일한 줄기세포를 만드는 능력을 말한다. 즉, 더 엄밀한 자가 재생산 능력을 의미한다. 모든 세포는 주위의 세포와 상호작용을(interaction)한다. 따라서 한 배양액 내에 여러 개의 줄기세포를 배양하게 되면, 서로 상호작용하 여 자가 재생산 능력이 배가된다. 그리고 또 하나의 가능성이 있는데, 줄기세포가 분열하면서 동일한 줄기세포 하나와 줄기세포를 도와 주는 세포로 분열할 가능성이 있다. 따라서, 줄기세포에서 분열된 두 개의 말세포 중 하나는 줄기세포의 증식을 도와주는 줄기 세포가 아닌 도움세포(helper cells》일 가능성이 있다. 따라서 pure한 줄기세포를 정의하기 위해서 하나의 줄기세포가 단독으로 자가 재생산 능력을 지니고 있음을 증명할 수 있는 clonality의 특징을 지니고 있어야 한다. 배아줄기세포와 같은 만능세포 (pluripotent cells｝는 clonality가 있어야만 만능세포이다. 하지만，성체줄기세포의 경우는 clonality가 증명되지 않은 세포가 많아 현시점에서 모든 줄기세포에 clonality률 적용하기에는 무리가 있어 보인다.
(4) 줄기세포의 정의
지금까지의 줄기세포의 특징을 종합하여 줄기세포의 정의를 내리면，줄기세포는 두 가지의 능력 즉，"자가 재생산능력' 및 "분화능” 을 지닌 세포이다. 이 두 가지 특징이 줄기세포의 필수 요건이다. 앞에서 말했듯이 식물의 줄기는 계속해서 줄기들 만들고 (self-renwal) 또 다른 가지를 친다. 이 가지에서 꽃이 핀대분화》，뿌리는 다른 뿌리를 만들 수 있지만 뿌리에서 줄기나 꽃이 되지 않는다.
2. Sternness(줄기세포성》과 줄기성 유전자(sternness gene)
줄기세포성이란 줄기세포의 특징，즉 자가 재생산 및 분화능력을 유지하는 세포의 상태률 말한다. 일반적으로 sternness는 자가재생산성을 의미한다. 줄기세포 연구 초기에는 모든 줄기세포에 공통으로 존재하는 sternness률 유지시키는 유전자가 존재할 것이라고 생각 했었다. 하지만，Fortunel둥의 microarray 비교실험에서 모든 줄기세포에 공통으로 작동하는 줄기성 유전자가 존재하지 않음 이 밝혀졌다. 배아줄기세포, 조혈줄기세포, 신경줄기세포의 유전자 발현 패턴을 비교한 결과，이 세 가지 종류의 줄기세포에서 공통으로 발현하는 유전자는 실험에 참여한 연구소에 따라 200-300여개가 존재 하였다. 하지만，세 곳 연구소에서의 결과가 각각 달랐으며，공통으로 발현하는 유전자의 종류가 일치하지 않았다. 일치하는 유전자가 1 개가 존재 하였는데 그 유전자는 integrin alph a-6라는 유전자로 줄기성과 연관이 없어 보이는 유전자였다. 이 실험의 결과는 베아줄기세포，조혈줄기세포, 신경줄기세포에 공통으로 줄기성을 유지시켜주는 유전자는 없다는 것이다. 그 이유는 몇 가지로 요약된다. 첫째，공통 줄기성 유전자가 존재 한다면，그 발현앙이 매우 작을 것이다. 둘째，줄기성 유전자는 아직 확인되지 않은 유전자일 가능성이 있다. 셋째，줄기성 유전자는 줄기세포가 아닌 세포에서도 발현되어 각기 다론 역할을 할 수도 있다. 따라서 줄기세포와 일반세포의 발현앙이 차이가 없을 수도 있다. 넷째， 줄기성 유전자는 계속 발현되는 것이 아니라，필요에 따라 일시적으로 발현되어，발현이 일정하지 않을 수 있다. 마지막으로 현재까 지 가장 가능성있는 것은，줄기세포 종류에 따라 각기 다른 줄기성 유전자가 존재 한다는 가설이다. 배아줄기세포의 줄기성에 절대적으로 중요한 Oct4 유전자는 성체줄기세포에서는 발현되지 않는다. 반대로, 신경줄기세포에서 발현되는 Nestin은 배아줄기세포나 조혈 줄기세포에서는 발현되지 않는다.
（그림설명》Fortune!, Ivanova, Ramalho-Santos둥의 유전자 발현 비교 실험에서 신경줄기세포, 배아줄기세포，조혈줄기세포
3. stem cell niche（줄기세포적소的所）
줄기세포적소는 줄기세포가 줄기성을 유지하기위해 필요한 환경이나 특정 위치콜 알한다. 조혈줄기세포의 줄기세포적소는 뼈의 골 수이다. 골수는 조혈줄기세포가 줄기성을 유지하기위한 적절한 환경을 제공하는 위치가 와는 것이다. 배아줄기세포의 경우는 체내 줄기세포적소가 존재하지 않는다. 배아줄기세포는 체외에서 인위적으로 만들어진 만능성 세포이기 때문이다. 따라서 배아줄기세포 의 적소는 배아줄기세포 체외 베양에 필요한 베양 환경이라고 정의할 수 있다. 생쥐 베아줄기세포 적소는 37℃ 5% CO2 상태의 Lukenia nihibitory factor(LIF)를 포함한 배양조건이 된다.
4. 줄기세포의 분류
줄기세포는 크게 배아줄기세포(embryonic stem cells》와 성체줄기세포(adult stem cells) 2가지로 분류된다. 배아줄기세포는 배아’ 란 알을 사용하지만 실제로 배아에서부터 만들어진 세포가 아니라，수정란에서 발달된 배반포(blastocyst)의 내부세포과(inner cell mass)로부터 체외 배양을 통해 만들어진 세포이다, 배아줄기세포는 내부세포괴와 같이 모을 이루는 210여 가지의 다양 한 조직세포로 분화 할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이와 같이 인체클 이루는 모진 조직으로 분화할 수 있는 능력을 전분화능 또는 만능성(pluripotency)이라고 한다. (배아란 용어로 일반인에 거부강을 주어 배아대신 다론 이름을 사용하자는 움직임도 있다.》성체 줄기세포는 몸을 이루는 각 조직에 존재하는 줄기세포를 말한다. 혈구를 생성하는 조혈줄기세포，신경세포를 생성하는 신경줄기세포 둥이 성체 줄기세포이다. 성체줄기세포는 그 분화능력이 분화 능력이 배아줄기세포보다 제한적이다. 조혈줄기세포는 백혈구，적혈구， 림프구，혈소판둥의 혈구 세포로만 분화가 가능하며，신경줄기세포는 신경세포(neuron), 신경교새포(glial cells》로의 분화가 가능하며 분화가 배아줄기세포보다 제한적이다. 이렇게 몇 가지의 분화된 세포를 생성할 수 있는 능력을 multipotency라고 한다. 지금까지 발견된 성체줄기세포는 HSC Mesenchymal SC (Mesenchyme), Satellite SC (muscle), Cardiac progenitors (Heart),
Crypt SC (intestine), Piancreas-derived multipotent precursors (pancreas), Oval cells (liver乂 Lung SC (Lung), NSC (brain》，Bulge SC (skin and hair乂 Neural crest SC, Mammary gland SC(mammary gland), Leydig SC,
putative Thecal SC, granulosa SC 이 알려져 있다. 성체줄기세포는 체세포줄기세포(somatic stem cells)라고도 한다. 따라서 생식세포줄기세포(Genuine cells》인 Spermatogonial SC & oocyte SC은 생식줄기세포로 따로 분리하여야 한다. 배아줄기세포，성체줄기세포, 생식줄기세포의 범주에 들지 않는 줄기세포도 다수 존재한다. embryonic carcinoma cells, embryonic germ cells, cancer stem cells, trophoblast stem cells, extraembryonic endoderm(XEN) cells, epiblast stem cells, RXB stem cells은 배아줄기세포도 성체줄기세포도 생식 줄기세포와도 구분 된다. 따라서 , 줄기세포는 배아줄기세포，성체줄기세포, 생식 줄기세포, 기타 줄기세포로 네 가지로 분리 하는 것이 더 명확한 방법이다. 또는 분화/발달 능력에 따라 구별하는 방법도 있다. Totipotent stem cell 은 존재하지 않는다. 전능성(Totipotency)를 가지고 있는 세포는 수정란 또는 수정란의 각할구이다. 이 수정란과 할구는 일반 체세포처럼 유사분열(mftosis)이 아닌 감수분열(mertsis)을 하며，분열을 겪을 때마다，그세포의 크기가 반으로 줄어든다. 또한 수정이후， 분열을 할때마다，유전자 발현 패턴이 계속 변화한다, 즉 totipotent cell은 self-renewal0| 되지 않는다. 따라서 totipotent stem cell은 존재하지 못한다.
5. 줄기세포를 이용한 세포치료
줄기세포들의 특징은 자가증식 능력과 분화능력을 가지고 있다는 점입니다. 줄기세포가 가진 특성을 잘 이용한다면, 줄기세포를 대 량으로 확보한 후胃 분화과장을 거쳐 치료에 필요한 다양한 조직을 충분히 확보할 수 있게 됩니다. 확보된 세포를 환자에게 이식하여 손상된 조직을 대체하고 신체기능을 회복시키는 의학적 치료방법을 '세포치료_라고 합니다. 줄기세포를 이용한 세포 치료기술은 인 간의 난치병을 치료하는데 급격한 발전을 유도했습니다. 자기몸의 줄기세포로부터 이론적으로 세포나 장기를 무한정적으로 확보할 수 있기 때문에 자기 몽의 특성에 완전히 맞는 이식용 장기를 무한정 만들 수 있습니다. 세포수준에서 면역반을을 조절할 수 있는 기술이 개발될 수 있다면 본인 뿐 아니라 타인의 치료에 필요한 조직이나 장기도 대량 생산할 수 있기 때문에，많은 사람의 난치병 치료가 가능하게 될 것입니다. 세포치료 기술이 임상적용에 가능하려면 풀어야 할 몇 가지의 숙제가 있습니다.
첫째，줄기세포를 이용한 세포치료 시 안전성 문제가 가장 중요합니다.
배아줄기세포를 이식할 경우 세포의 자가증식 능력과 분화능력이 뛰어나 종양을 생성할 가능성이 매우 높습니다. 배아줄기세포와 비숫한 역분화 줄기세포를 이식할 경우에는 바이러스를 이용하고 사용되는 4가지 인자들 중 발암 유전자가 포함되어 있어 이 또한 암을 유발할 가능성이 있습니다. 따라서 이를 방지하기 위한 기술 개발이 필요합니다.
두 번째，세포나 장기이식 때 일어나는 문제인 면역거부 반응을 조절할 수 있는 효과적인 기술을 개발하여야 합니다. 이식거부반응 을 해결할 수 있는 방법은 바로 자신의 것을 넣어주거나 이식된 세포나 조직을 자신의 것과 같이 인식하게 하는 방법 뿐 입니다. 이 런 이유로，자기의 줄기세포를 필요한 세포로 분화시켜 이용하거나, 면역조절기술을 동원해 면역반응을 일으킬 수 없게 만든 줄기세포 유래 조직세포를 이식하는 방법이 연구되고 있습니다.
세 번째，실험실에서 줄기세포를 오래 키우다 보면 염색체 이상이 나타날 수 있다는 연구 보고가 있습니다. 시간이 지남에 따라 유전 자가 변이된 세포가 증식과정에서 발생하게 되면 이들이 수를 늘리게 되고 때에 따라서는 상당한 수에 도달하세 됩니다. 염색체 이 상이 일어난 줄기세포로 분화시킨 세포는 이식 후 종양을 생성할 가능성이 높기 문에 이식용 세포에서는 반드시 제거되어야 합니다. 따라서 어떻게하면 정상적인 염색체형으로 줄기세포를 유지시킬 수 있을까에 대한 연구가 이루어지고 있습니다.
네번째，줄기세포로부터 특정환자의 이식에 필요한 세포를 정확하게 만들어 낼 수 있는 분화기술은 세포 치료기술 개발에 가장 중요 합니다.
다섯번째，줄기세포에서 분화된 세포 혹은 줄기세포 그 자체를 효과적으로 이식하는 방법을 개발하여야 합니다，줄기세포는 분화능뿐 아니라 스스로 자가 증식능력도 뛰어나기 때문에 생체에 이식했을 경우 원하지 않는 세포로 분화해 버리거나 종양을 생성할 수 도 있습니다. 배아줄기세포를 이식할 경우, 이식세포가 너무 분화되면 이식 후 생존율이 낮아지고，덜 분화되면 종양을 생성할 위험 성이 높아집니다. 따라서 세포를 어느 정도로 분화시켜서 얼마만큼의 암을 이식하고，이식 후 어떤 환경조건을 유지하는가에 대한 연구가 필요합니다.지금까지 살펴본 여러 문제점들을 효과적으로 극복할 수 있다면 줄기세포를 이용한 세포 치료법은 미래에 분명 그 어떤 치료법보다도 좋은 방법이 될 것으로 판단됩니다. 줄기세포를 이용한 세포 치료기술이 개발된다면，많은 난치병들을 근본적으로 치료할 수 있는 방법이 개발된다는 점에서 획기적이라 할 수 있습니다. 하지만 세포치료가 인간의 모든 난치병을 치료할 수 있 는 유일한 대안이 되지는 않습니다.약물을 통한 치료와 수술요법 둥 이미 사용되고 있는 많은 치료법들도 빠른 속도로 발전하고 있으므로，이러한 치료기술과 함께 줄기세포 치료기술이 혼용된다면 보다 효과적으로 난치병이 극복될 수 있을 것으로 기대됩니다.