현재 인류 문명은 빠른 발전과 더불어 고령화 사회로 진입하고 있다. 고령화 사회에서는 건강 문제가 중요시 되지 않을 수 없으며, 건강하게 오래 살기 위해서 퇴행성 질환은 반드시 해결 되어야 한다.
국내 최초의 역분화줄기세포연구센터인 한스쉘러줄기세포연구센터는 줄기세포 연구 분야의 대표적인 석학인 한스 쉘러 교수(막스 플랑크 분자 생의학 연구소 소장)와 공동연구를 기반으로, 역분화줄기세포의 새로운 분화방법 발견과 효율 증가를 통해 퇴행성 질환의 치료기술 개발하고 있으며, 또한 역분화줄기세포 보다 안전성과 효율성이 높은 차세대 기술인 직접교차분화 기술을 기반으로 환자 특이적 세포치료제를 개발하고 있다. 2012년도 1월에는 세계에서 42번째 막스 플랑크 파트너그룹(Max Planck partner group)으로 선정되어 줄기세포 분야의 공동 연구를 본격적으로 진행중이다. 역분화줄기세포와 직접교차분화 기술을 이용하여 줄기세포의 분화기작을 이해하고 화학공학, 신소재공학, 물리학 분야와의 학제간의 융합연구를 통하여 신약 개발 (Drug screening) 등 기초연구에서 응용까지 국내외 줄기세포 연구를 선도하고, 나아가 인류 복지에 이바지하는 것을 목표로 하고 있다.

막스 플랑크 파트너 그룹 연계도 (출처: MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT)

1. 직접교차분화기술을 통한 환자 맞춤형 줄기세포 제작

임상적용에 적합한 세포제작의 필요성이 증가하면서 체세포로부터 원하는 특정 세포를 바로 유도하는 직접교차분화(Direct conversion)기술이 개발되고 있다. 체세포에 특정 유전자를 도입하여 뉴런, 신경줄기세포, 혈액세포, 간세포, 내분비세포등과 같은 다른 계통의 체세포 혹은 성체줄기세포로의 전환을 유도될 수 있다는 사실이 입증되었다. 이러한 기술은 기존의 배아줄기세포와 역분화줄기세포의 문제점들을 극복한 혁신적인 환자 맞춤형 세포치료제 개발에 큰 발판이 될 수 있다. 본 센터에서는 이러한 직접교차분화기술의 효율성 증대와 체세포로부터 다른 계통의 최종 분화된 체세포가 아닌 성체줄기세포 또는 전구체를 제작하여 세포치료에 필요한 충분한 세포 수를 확보하는 것을 목표로 활발한 연구를 진행하고 있다.

직접교차분화를 이용한 유도세포 제작 및 환자특이적 세포치료법 개발

고령화 사회에 진입함에 따라 다발성경화증 (Mutiple sclerosis), 근위축성 축삭경화증(Amyotrophic lateral sclerosis), 파킨슨병 (Parkinson’s disease), 뇌졸중(stroke)과 같은 난치성 신경계질환이 급증하였다. 아직 근본적인 치료법이 없는 이러한 질병 치료를 위한 줄기세포활용은 생명과학계의 중요한 이슈로 부각 되고 있으며 높은 잠재적 시장성과 효용가치를 가지고 있다. 본 센터는 이러한 줄기세포 치료법 및 신약개발에 필요한 유도신경줄기세포 (iNSC), 유도운동뉴런세포(iMN), 유도도파민뉴런전구세포(iDPC), 유도희소돌기아교세포 전구세포(iOPC)와 같은 유도신경계세포 제작을 위한 후보 전사인자를 발굴하고 직접교차분화기술 개발에 활발한 연구를 하고 있다. 또한 난치성신경계질환의 동물모델을 정립하여 제작한 유도신경계세포의 치료효과 및 안정성과 유효성을 검증하는 연구를 진행하고 있다.

동물모델을 이용한 유도신경계세포의 임상적용 기반기술확립

2. 질병 모델링을 통한 약물 스크리닝 시스템 구축

역분화줄기세포와 직접교차분화 기술의 응용 중 한 부분인 질병 모델링 및 이를 통한 약물 스크링과 신약 개발이 이루어 지고 있다. 본 실험실에서는 뇌와 같이 추출하기 어려운 부위의 환자의 세포를 역분화줄기세포 분화 기법 및 직접교차분화기술을 이용해 얻어 질병 모델을 세포 수준과 실험 동물 수준에 까지 확립하고 약물 스크리닝 및 신약 개발을 하고자 한다. 이 연구 분야는 막스 플랑크 분자 생의학 연구소 한스 쉘러 교수 연구팀과 공동 연구가 진행중에 있다.

한스쉘러줄기세포연구센터와 막스 플랑크 분자 생의학 연구소 공동 연구

3. 나노-바이오 융합기술을 이용한 줄기세포 조절기작 연구

최근 다양한 나노 신소재를 줄기세포분야에 접목시킨 새로운 융합기술이 발전함으로써 줄기세포연구의 범위가 확대되었다. 극미세 나노물질을 이용한 바이오 물질 제어, 세포 내 약물전달시스템, 줄기세포의 배양과 분화조절, 조직 및 장기제작등과 같은 연구를 가능케 한다. 대표적인 나노물질인 그래핀은 탄소 원자층으로 이루어진 2차원 구조체로써

나노-바이오 융합기술

전기적, 물리적인 고유한 특성을 가지므로 이를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그래핀의 전기전도성과 화학적 특성은 줄기세포의 분화를 조절하거나 세포 성장에 영향을 끼친다. 본 센터는 이러한 나노물질을 기반으로 제작한 생체재료의 특성에 따른 줄기세포의 증식 및 분화조절 기작을 연구하고 있다.

기술적 측면

• 화합물질이나 단백질을 이용하여 신경계 질환자의 체세포에서 치료를 목적으로 한 유도 신경세포로 직접교차분화가 시도될 뿐만 아니라 임상적용시 필요한 양적.질적 수준을 충족하는 연구가 시도될 것이다.
• 다른 퇴행성 질환(신경질환, 암, 근육질환, 심혈관질환, 간질환, 당뇨병 등)의 줄기세포치료제의 개발에도 관심이 증가 될것으로 예상된다.
• 신약개발을 위해 제작 개발된 환자 맞춤형 유도 신경계 세포는 신약 스크리닝 시스템에 활용도가 매우 높아 독일 막스프랑크 연구소와의 신약 스크리닝 프로젝트에 이용될 수 있다.
• 나노, 화학, 생명의 다학제간 융합 연구는 줄기세포 기술 개발 한계 극복 및 환자 치료에 더 적합한 줄기세포 기술 개발을 할수 있을 것으로 본다.

경제, 산업적 측면

• 환자 맞춤형 신경계세포를 이용하여 개인에 맞는 신약개발을 위해 줄기세포를 활용하는 치료기술의 발전을 위해서는 영상의학기술 이나 나노기술등 첨단기술과 줄기세포 연구의 연계를 통한 새로운 부가가치를 창출할 것이다.
• 신약개발을 위해 줄기세포를 활용하기 위한 연구가 활성화되고, 다양한 질병연구를 위해 줄기세포를 활용하는 등 줄기세포의 활용 및 연구분야가 점차 확대됨과 동시에 줄기세포의 산업적 가치의 범위를 확대하여 세포자체가 아닌 공정과정, 중간산물들에 대한 폭넓은 지적재산권이 확보될 것이다.
• 세포치료제뿐만이 아니라 신약개발과정에 직접교차분화에 의한 환자 맞춤형 유도분화세포가 활용될 수 있다면 신약개발과정에 소요되는 비용과 시간을 절감하고 신약개발과정의 패러다임을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 보인다.
• 국내외 줄기세포 및 재생의학 연구 인프라를 구축하고, 기술이전 및 특허출원을 통한 산업화 및 이윤 창출기반 마련하게 됨으로써 경제적 국가 경쟁력을 확보에 기여할 수 있다.

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