재생의학

도마뱀의 꼬리는 잘려도 또 생겨난다. 영원(양서류 도룡뇽목의 일종)은 떨어져 나간손발이나 눈 등을 재생시키는 능력이 있다.
몸길이 1cm 정도의 플라나리아(planaria)라는 생물의 경우에는 한 변의 길이가 0.2mm인 주사위 모양의 입방체로 각각 잘려나가도 각각의 입방체가 본래의 몸으로 재생되는 능력이 있다. 이러한 능력은 인간에게는 피부나 혈액, 뼈 등 일부의 예외를 제외하고는 상실되었다고 오랫동안 여겨져 왔다.
21세기, 과학의 힘으로 인간의 이러한 재생 능력을 눈뜨게 하는 일은 가능해질 것인가?

1998년의 연말, 세계를 충격의 도가니로 몰아넣은 뉴스가 전해졌다. 인체를 형성하는 근본적인 세포인 인간의 ‘배성 간세포’가 분리되었던 것이다.
간세포는 아직 분화의 도중에 있으며, 여러 기능을 담당하는 세포로 분화할 가능성을 지닌 세포이다. 단 하나의 세포로부터 시작되는 우리들의 몸은 세포 분열을 반복하면서 피부나 뼈, 근육, 내장 등 다양한 조직이나 기관으로 분화해 나간다. 그러나 일부의 간세포는 최종적인 분화를 완성하지 못한 채, 대체로 조직 안에서 잠자고 있다.
조직이나 기관의 세포가 오래 되거나 상처를 입으면, 간세포가 분화하여 조직을 재생시킨다. 간세포는 어느 특정 조직으로 분화하는 능력을 가진 ‘조직 간세포’와, 어떠한 세포로도 분화할 수 있는 ‘배성 간세포’로 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 배성 간세포는 인체의 다양한 세포를 만드는 능력을 가진 꿈의 세포인 것이다.
이 간세포의 능력을 활성화시켜 평상시 일어나지 않는 재생 능력으로 유도하는 것이 바로 ‘재생 의학’이다.
일본 히로시마 대학 대학원 이학연구과의 요시사토 교수는
“20세기의 과학은 science의 시대였다. 라틴어의 어원을 따지면 science라는 말은 ‘가늘게 분할하여 조사한다’는 의미가 있다. 이에 대하여 21세기는 engineering, 즉 ‘(재료를 가지고) 생산하는’ 시대가 될 것이다. 재생 의학은 science에 의해 분할하여 조사한 정보를 바탕으로 다시 생체 조직을 만들어 내는 그야말로 engineering인 것”이라 말하고 있다.

재생 의학에도 단순히 세포를 분리시켜 수적인 증가를 통해 조직에 그대로 주입하는 방법, 체외에서 어느 정도의 형태를 만들고 나서 생체에 되돌리는 방법 등 다양한 수준이 있다. 이미 일부에서 실용화가 되고 있는 것은 비교적 간단히 만들 수 있는 어떤 기능을 가진 세포를 그대로 조직에 주입하는 방법이다.
이러한 방법은 뇌의 신경계 물질인 도파민 산생 세포가 상실되어 일어나는 파킨슨병 등의 치료에 효과가 있다.
나아가 복잡한 조직의 재생에는 체외에서 세포를 위한 발판을 만들어 조직의 형태를 취하게 한 뒤 체내에 되돌리는 방법이나, 몸의 재생 능력을 잘 유도하여 체내에서 형성시키는 방법도 생각할 수 있다.”고 일본 교토 대학 재생의과학연구소의 나카쓰지 교수는 말한다.
체외에서 어느 정도 조직을 형성하는 재생을 하는 데 중요한 것은 간세포, 세포를 잘 배치하기 위한 발판, 그리고 세포 증식 인자다. 이미 인간의 손가락과 같은 복잡한 조직의 재생도 실용 단계에 접근하고 있다.
그러나 몸의 재생 능력을 적절히 이끌어 내어 복잡한 조직을 재생하기 위해서는 조직의 형성에 관한 더 많은 지식이 필요하다. “재생 의학에서 사용되는 간세포는 본인에게서 나오는 것이 거부 반응도 없고 이상적이다.
그러나 현재 공장에서 생산되고 있는 피부나, 가까운 장래에 공장에서 생산될 연골 등은 신생아 등의 세포를 사용한 것이다. 신생아 등의 세포는 거부 반응이 적다고는 하지만 타인의 것이므로, 장래에는 개개인의 간세포를 사용하여 주문 생산되는 조직 재생이 가장 이상적이다.”고 일본 스즈카 의료과학대학의 이카다 교수는 말하고 있다. 또 “특히 원래 조직의 형태를 재현시키는 일에 구애됨이 없이 기능만을 재현시키면 좋다는 생각을 바탕으로, 유전자를 조합하여 인슐린을 분비하는 능력을 갖게 되는 인공 피부를 만드는 연구도 진행되고 있다.”(요시사토 교수의 이야기)

현재 임상 단계에 도달하고 있는 대표적인 조직들은 피부, 연골, 뼈, 혈관, 치주 조직등이다. 도쿄 여자의과대학의 신오카 강사 그룹은 이카다 교수 그룹과의 공동 연구에서 2000년 5월 세계 최초로 환자의 세포를 이용하여 거의 모두 재생된 심장 혈관의 이식을 실시한 적이 있다.
더욱이 이 연구 그룹은 심장판을 재생하여 이식하는 시도에 착수하려고 하고 있다. “이러한 재생 혈관이나 심장판은 작은 어린이 환자에 이식하여도 자신의 조직으로서 몸의 성장에 따라 커지며, 차츰 몸에 익숙해져 강도도 늘기 때문에,종래에 필요했던 성장에 수반되는 재수술의 필요도 없어진다.
장래에는 근육이나 간장,췌장, 신장 등의 조직도 재생할 수 있게 될 것이다.”(이카다 교수)

이제까지 재생이 되지 않는다고 생각되었던 신경에 대해서도 근년에 재생이 가능하다는 것이 차례로 증명되고 있다.
미국의 워싱턴 대학에서는 사체에서 꺼낸 말초 신경을 재생시키는 수술이 실시되고 있다. 사체에서 꺼낸 말초 신경과 환자의 말초 신경을 잘연결함으로써 환자의 말초 신경이 죽은 말초 신경을 발판으로 하여 자라나 잘린 부분이이어지는 것이다.
또 1998년 11월에는 팔 하나를 잃은 환자에게 사체에서 꺼낸 팔을 이식하는 수술도 이루어져 성공을 거두었다. 또 쥐의 경우에 중추 신경인 척수를 절단한 다음 신경 간세포를 주입하자, 부분적으로는 척수를 재결합시킬 수 있었다는 연구 결과도 나오고 있다.

미국 매사추세츠 공대(MIT)의 랭거 교수는 “궁극적으로는 중요한 모든 조직이나 기관을 재생하는 것이 목표이다. 그러기 위해서는 더욱 이상적인 재료와, 세포 분화를 제어하기 위한 지식이 필요하다.”고 말한다. "
이미 분화한 체세포 핵도 미수정란에 넣으면 무엇이나 될 수 있는 가능성이 확보된다. 이 때문에 클론 동물이 가능케 된 것이다.
난자의 세포질에는 무엇인가 특수한 물질이 있는데, 그 물질이 이미 분화한 세포를 ‘탈분화’, 즉 분화하기 전의 단계로 되돌린다고 여겨진다. 이 물질의 정체를 규명하게 된다면, 표면에 긁힘이 있는 유리병을 가열하여 일부를 녹이고 다시 처음의 깨끗한 표면으로 되돌리게 하는 것처럼, 상처를 입은 우리 몸의 조직을 바로 앞의 단계로 탈분화시켜 재생을 촉진하는 것도 가능하지 않을까 생각된다.”(나카쓰지 교수) “
양서류 도룡뇽의 일종인 영원이나 플라나리아의 재생 능력에 대하여 연구를 추진하여 21세기에는 인간에게도 그러한 재생 능력을 발현시키는 것이 가능하다고 생각한다. 잃어버린 팔이나 다리 등을 재생시키는 것도 실현되지 않을까? 나아가 궁극적인 이상향은 물질에서 세포를 조립하는 일이다.”(요시사토 교수) 21세기의 의료에서는 잃어버린 장기를 타인으로부터 이식하는 것이 아니라, 자신의 세포를 사용하는 조직의 이식, 더욱이 자신의 재생 능력을 사용하는 재생 의료의 방향으로 크게 옮겨질 것이다.

동물분류 see also 인간복제