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거부반응 없는 '면역결핍돼지' 만들었다
최종수정 2014.05.09 10:23 기사입력2014.05.09 10:23
[아시아경제 정종오 기자]면역기능이 완전히 결핍돼 거부반응이 없는 면역결핍돼지 모델 개발이 성공했다. 줄기세포를 이용한 세포치료, 동물의 장기를 난치병 환자에게 이식하는 이종 간 장기이식, 후천성면역결핍증(AIDS)과 같은 인간면역결핍질환의 치료, 암 발달 기전규명 연구 등에 전환점이 마련될 것으로 기대된다.
김진회 건국대 동물생명공학과 연구팀은 세계에서 처음으로 면역기능이 완전히 결핍돼 인간의 장기를 이식해도 아무런 거부반응이 나타나지 않는 질환모델 동물 생산에 성공했다. 난치병 치료제를 인간에게 투여하기 전에 이 돼지를 통해 실험을 할 수 있다.
연구팀이 개발한 면역결핍 돼지는 생체의 초기 면역기전의 중요 역할을 하는 흉선의 발달이 완전히 억제됐고 비장 발달 또한 없어 면역 기능을 담당하는 성숙 T 세포와 B 세포가 생체 내에 존재하지 않는 면역결핍모델 동물이다. 지금까지 연구는 생쥐를 모델로 하는 면역결핍동물을 사용했는데 인간의 장기조직과 생리현상이 너무나 달라 기초 연구 결과와 임상 연구 결과가 상이한 결과가 도출돼 새로운 모델동물 개발의 필요성이 제기됐다.
면역 결핍돼지의 생산은 일본 그룹이 특정 유전자를 없앰으로써 유전자 조작에 의해 최초로 생산하는데 성공한 바 있다. 이들 돼지의 경우 B세포가 생체 내에 존재해 완전한 면역결핍이 일어나지 않아 이식한 사람 조직이나 세포를 수용하지 못해 면역 결핍돼지라고 할 수는 없었다.
국내 연구팀이 처음으로 사람의 유도 줄기세포를 이식해 3배체로 분화가 가능한 테라토마(피부세포, 근육세포, 신경세포 등 다양한 세포와 조직) 형성에 성공한 것이다. 이들 테라토마는 인간의 각 장기로 분화가 가능한 외배엽, 중배엽, 내배엽을 형성했을 뿐만 아니라 돼지 유래의 태반 줄기세포를 이식했을 때도 동일한 효과를 나타냈다. 진정한 의미에서의 면역결핍 돼지라 할 수 있다.
인간의 질병을 치료하기 위해서는 환자를 대상으로 하는 임상시험 전에 질환모델 동물을 대상으로 전임상 시험을 반드시 거쳐야 한다. 생쥐와 같은 설치류는 인간과 다른 생체 기전으로 인해 전임상 시험의 정확도를 높이는데 한계가 있었다. 반면 돼지는 생체 기전이 인간과 유사해 인간의 질병치료 연구의 최적 모델로 인정받고 있다.
김진회 교수는 "돼지와 같은 동물은 설치류와 달리 복잡한 유전자 조작, 복제동물 생산 등의 첨단 생명공학 기술을 적용시키는데 기술적 어려움이 있었는데 이런 기술적 한계를 극복하고 면역결핍 형질전환복제돼지를 생산해 우리나라 생명공학 기술의 국제적 위상을 높였다"고 평가했다.
면역결핍 형질전환복제돼지의 경제적 가치는 클 것으로 예상된다. 특히 미국 NIH(국립보건원)는 전임상 실험의 경우 반드시 생쥐외의 다른 실험동물의 성적을 요구하고 있다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 면역결핍 질환모델 생쥐의 마리당 평균 가격은 수십 만원이며 전 세계적으로 1년 동안 수천만 마리가 연구와 전임상 시험에 사용되고 있다. 인간과 비슷한 면역결핍 돼지모델이 개발됨에 따라 수요는 늘어날 것으로 보여 1년간 수백억 달러의 국제적 수요가 예상된다.
이번에 개발된 면역결핍 형질전환 복제돼지는 줄기세포를 이용한 세포치료에도 활용될 수 있다. 배아줄기세포, 유도만능 줄기세포, 성체줄기세포 등을 인간에게 이식하기 전에 면역결핍 돼지에 먼저 이식해 줄기세포의 면역거부 안전성, 만능성, 표적세포로의 분화가능성을 조기에 확인할 수 있다.
면역결핍 돼지는 인간의 암 또는 바이러스를 치료하는 연구에 지금까지 볼 수 없었던 혁신적 도구를 제공할 수 있다. 이식된 인간의 암세포가 연구팀이 개발한 면역결핍 돼지에서는 면역거부반응 없이 지속적으로 성장이 가능해 암세포의 발달과 다른 기관으로의 전이가 어떠한 원인으로 이뤄지는지를 알 수 있게 된다.
김 교수는 "연구팀이 개발한 면역결핍질환 모델동물이 인류의 난치병 치료에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다다"며 "앞으로 더욱 다양한 종류의 형질전환 복제동물을 개발해 궁극적으로 인류 질병극복에 기여하고 싶다"고 덧붙였다.
이번 연구는 김진회 교수팀이 이끌고 농촌진흥청의 '우장춘 프로젝트(연구책임자 김진회 교수)'와 '차세대 바이오그린21사업 (단장 충북대 김남형 교수)'의 지원으로 미국 미주리대학 연구팀과 공동으로 진행됐다. 미국국립과학회보 온라인판에 6일 실렸다. 이번 연구 논문의 공동 1저자는 이기호 박사(미주리대, 현 버지니아텍 교수), 권득남 박사(건국대 교수) 등이다.
정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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김진회 건국대 동물생명공학과 연구팀은 세계에서 처음으로 면역기능이 완전히 결핍돼 인간의 장기를 이식해도 아무런 거부반응이 나타나지 않는 질환모델 동물 생산에 성공했다. 난치병 치료제를 인간에게 투여하기 전에 이 돼지를 통해 실험을 할 수 있다.
연구팀이 개발한 면역결핍 돼지는 생체의 초기 면역기전의 중요 역할을 하는 흉선의 발달이 완전히 억제됐고 비장 발달 또한 없어 면역 기능을 담당하는 성숙 T 세포와 B 세포가 생체 내에 존재하지 않는 면역결핍모델 동물이다. 지금까지 연구는 생쥐를 모델로 하는 면역결핍동물을 사용했는데 인간의 장기조직과 생리현상이 너무나 달라 기초 연구 결과와 임상 연구 결과가 상이한 결과가 도출돼 새로운 모델동물 개발의 필요성이 제기됐다.
면역 결핍돼지의 생산은 일본 그룹이 특정 유전자를 없앰으로써 유전자 조작에 의해 최초로 생산하는데 성공한 바 있다. 이들 돼지의 경우 B세포가 생체 내에 존재해 완전한 면역결핍이 일어나지 않아 이식한 사람 조직이나 세포를 수용하지 못해 면역 결핍돼지라고 할 수는 없었다.
국내 연구팀이 처음으로 사람의 유도 줄기세포를 이식해 3배체로 분화가 가능한 테라토마(피부세포, 근육세포, 신경세포 등 다양한 세포와 조직) 형성에 성공한 것이다. 이들 테라토마는 인간의 각 장기로 분화가 가능한 외배엽, 중배엽, 내배엽을 형성했을 뿐만 아니라 돼지 유래의 태반 줄기세포를 이식했을 때도 동일한 효과를 나타냈다. 진정한 의미에서의 면역결핍 돼지라 할 수 있다.
인간의 질병을 치료하기 위해서는 환자를 대상으로 하는 임상시험 전에 질환모델 동물을 대상으로 전임상 시험을 반드시 거쳐야 한다. 생쥐와 같은 설치류는 인간과 다른 생체 기전으로 인해 전임상 시험의 정확도를 높이는데 한계가 있었다. 반면 돼지는 생체 기전이 인간과 유사해 인간의 질병치료 연구의 최적 모델로 인정받고 있다.
김진회 교수는 "돼지와 같은 동물은 설치류와 달리 복잡한 유전자 조작, 복제동물 생산 등의 첨단 생명공학 기술을 적용시키는데 기술적 어려움이 있었는데 이런 기술적 한계를 극복하고 면역결핍 형질전환복제돼지를 생산해 우리나라 생명공학 기술의 국제적 위상을 높였다"고 평가했다.
면역결핍 형질전환복제돼지의 경제적 가치는 클 것으로 예상된다. 특히 미국 NIH(국립보건원)는 전임상 실험의 경우 반드시 생쥐외의 다른 실험동물의 성적을 요구하고 있다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 면역결핍 질환모델 생쥐의 마리당 평균 가격은 수십 만원이며 전 세계적으로 1년 동안 수천만 마리가 연구와 전임상 시험에 사용되고 있다. 인간과 비슷한 면역결핍 돼지모델이 개발됨에 따라 수요는 늘어날 것으로 보여 1년간 수백억 달러의 국제적 수요가 예상된다.
이번에 개발된 면역결핍 형질전환 복제돼지는 줄기세포를 이용한 세포치료에도 활용될 수 있다. 배아줄기세포, 유도만능 줄기세포, 성체줄기세포 등을 인간에게 이식하기 전에 면역결핍 돼지에 먼저 이식해 줄기세포의 면역거부 안전성, 만능성, 표적세포로의 분화가능성을 조기에 확인할 수 있다.
면역결핍 돼지는 인간의 암 또는 바이러스를 치료하는 연구에 지금까지 볼 수 없었던 혁신적 도구를 제공할 수 있다. 이식된 인간의 암세포가 연구팀이 개발한 면역결핍 돼지에서는 면역거부반응 없이 지속적으로 성장이 가능해 암세포의 발달과 다른 기관으로의 전이가 어떠한 원인으로 이뤄지는지를 알 수 있게 된다.
김 교수는 "연구팀이 개발한 면역결핍질환 모델동물이 인류의 난치병 치료에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다다"며 "앞으로 더욱 다양한 종류의 형질전환 복제동물을 개발해 궁극적으로 인류 질병극복에 기여하고 싶다"고 덧붙였다.
이번 연구는 김진회 교수팀이 이끌고 농촌진흥청의 '우장춘 프로젝트(연구책임자 김진회 교수)'와 '차세대 바이오그린21사업 (단장 충북대 김남형 교수)'의 지원으로 미국 미주리대학 연구팀과 공동으로 진행됐다. 미국국립과학회보 온라인판에 6일 실렸다. 이번 연구 논문의 공동 1저자는 이기호 박사(미주리대, 현 버지니아텍 교수), 권득남 박사(건국대 교수) 등이다.
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| ▲면역거부 반응이 없는 돼지를 개발한 김진회(왼쪽)·권득남 건국대 교수.[사진제공=건국대] |
정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr
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