최근에 Gallina등은 헌팅턴병(Huntington’s disease, HD) 치료를 위한 신경이식 프로그램에 참여한 환자들의 단기 임상 및 방사선학적 추적관찰 결과를 보고하였다. 저자들은 결과를 희망적으로 해석했으나 이식편의 과증식 같은 문제가 나타났고, 방법적으로도 많은 의문점을 가지게 하였다. 헌팅턴병에서 신경이식의 효용성은 아직 확립되지 않았으나 안정성과 재현성이 필요함은 공감되고 있다. 이 글은 Gallina의 논문을 위주로 하여 헌팅턴병에 대한 신경이식의 여러 가지 이슈들을 다루려고 한다.

HD는 상염색체 우성으로 유전되는 중추 신경계 퇴행성 질환으로 4번 염색체에 위치한 huntingtin 유전자의 CAG 염기서열 반복이 비정상적으로 증가함에 따라 일어난다. 이 병은 대뇌 기저핵의 변성을 초래하며 무도증, 정신증상 및 치매가 3대 증상이다. 여러 연구에 따르면 신경이식을 받은 많은 환자에서 6개월 이내에 많은 증상의 일시적인 호전이 나타났다. 일부 장기 추적연구에서는 증상의 호전이 4~6년 정도 지속된 것을 보고하기도 하였다. 대부분의 연구에서 이식편의 과잉증식은 보고되지 않았으나 일부 연구에서는 이식편의 광범위한 과잉증식이 보고되기도 하였는데, 이는 주로 이식편을 절개하여 준비하는 단계에서 실수로 비신경계 세포들이 혼입되어 일어난 것으로 나타났다. 아울러 신경이식 후 기능적인 부분을 적절하게 평가하기 위해서는 인지능력 및 정신과적 평가가 수반되어야 한다.

이식편의 안전성과 기능적 효과에 관계된 기술적 문제들

동물실험에서 나온 기준
지난 30여년 동안의 동물실험에서 세포의 기원, 이식편을 추출할 배아의 연령, 세포 저장 및 준비 방법, 이식 방법, 세포 수, 세포 농도, 주입 속도 및 위치 등이 이식 후 세포의 생존, 생착, 기능적 향상 등 좋은 결과를 얻기 위해 모두 중요한 요소인 것으로 나타났다.

기증자 선별 기준
임상적인 효과를 위한 세포 이식에서 이식편은 반드시 생존해야 하며 임상적인 이익을 나타내야만 한다. 이러한 이익에는 신경전달물질과 신경활성물질의 분비 또는 시냅스의 연결 등이 해당한다. Gallina 등은 in vitro에서만 세포를 검증했는데 이것이 꼭 in vivo의 이식편의 생존율, 생착 등도 보장한다고 볼 수는 없다. 아울러 Gallina 등이 수행했던 in vitro 세포 분석에서 비신경세포등이 배재 되었는지 검증할 필요가 있다.

안구에 세포를 이식한 최초의 연구에서 중추신경계 신경세포의 이식 후 생존을 위해서는, 이식되는 세포들은 배아발달 단계의 한 특정한 시점에서 얻어져야 함을 알았고, 이것은 신경발달이 최고조에 이른 시점이다. 아울러 세포들은 축살말단이 발달되기 전에 이식 되어져야 한다. 줄무늬세포는 배아 배쪽 전뇌 내 신경절돌기의 바깥층에서 발달한다. 랫에서 줄무늬 이식편의 생존, 분화 및 기능은 E14-16 (10-15mm)일 때가 가장 좋았다. 사람에서 이 정도의 시점은 7-10주에 해당한다. 이렇게 이식할 세포를 추출하는 시점이 중요하지만, 임신 시점을 조절하고 파악할 수 있는 랫과 달리 사람은 정확한 임신 시점을 파악하기가 어렵다. 임신이 부득이하게 중단된 인간 태아로부터 이식편을 얻는 경우, 이 때아가 정확히 언제 수정이 되었는지 알기 쉽지 않으며 직전 월경 날짜를 참고로 하여 유추할 수 밖에 없어 랫과는 달리 이식편을 추출할 최적의 날짜를 알기 어렵다. 따라서 초음파 검사를 통해 태아의 크기에 근거하여 이식편을 얻을 시점을 결정하는 것이 하나의 대안으로 여겨지고 있다. 국제적으로 배아의 나이를 결정하는 카네기시스템은 배란 이후를 기준으로 사용하며 이는 수정 이후라는 말과 동일한 것으로 받아들여진다. 그러나 Gallina 등의 보고에서 그들은 배아의 나이를 마지막 생리일을 기준으로 계산하였고, 이는 그들이 보고했던 9-12주의 배아가 실질적으로는 7-10주의 배아일 거라는 생각을 하게 한다.

배아의 나이만큼 중요한 것이 이식할 세포를 얻기 위한 태아 뇌의 절개이다. 줄무늬세포는 신경절돌기의 표면에서 발달하기 시작하여 안쪽으로 이동하여 선조체를 형성하나, 최소 12가지의 다른 뇌조직도 같은 곳에서 발달하기 시작한다. 결과적으로 단지 줄무늬 신경세포와 그 전구체만을 선택적으로 절개해내는 것은 불가능하며, 줄무늬 신경세포를 선택적으로 분리해내는 방법도 확립되지 않았다. 단지 조직학적인 관찰을 통하여 줄무늬 신경세포가 비교적 많이 밀집되어 있는 부분을 찾아낸다. 이는 P-zone이라고 하는 패치 모양의 구역으로 주로 줄무늬세포 형태의 신경세포가 밀집되어 있는 지역이다. 이전 연구에서 행동학적 개선을 유도하기 위해서는 적어도 40%이상의 P-zones을 함유하고 있는 이식 절편을 사용해야 한다고 보고하였다.
이식편과 이식받은 뇌가 연결되는 것이 중요한지는 아직 알려지지 않았다. 설치류 실험에서는 줄무늬이식편과 이식받은 뇌가 연결되는 것이 쥐에서 행동학적 개선을 촉진하는데 중요한 역할을 한다고 시사하기도 하였다. 하지만 사람에서는 이러한 연결이 어떤 행동학적 또는 임상적 의미를 지니는지 아직 확실히 밝혀지지 않았다.

세번째 적절한 질문은 이식될 조직을 어떻게 준비하느냐 이다. 초장기 뇌조직 이식 연구에서는 배아 조직을 절개하고 작은 조각으로 쪼갠 것을 이식하였다. 이러한 고형 조직은 이식시에 혈관이 매우 발달한 지역에서만 생존할 수 있었다. 따라서 이러한 방법은 뇌 내에 제한된 장소에만 이식할 수 있다는 한계를 보일 수 밖에 없었다. 하지만 세포부유액의 도입으로 인해서 뇌속 깊은 곳까지 세포를 이식할 수 있게 되었고, 최근 20여년 동안의 동물실험은 거의 세포부유액을 이식하는 방법을 이용하여 진행되고 있다. 고형조직 또는 세포부유액 등 어떠한 방법을 이용하든 이식대상자마다 아주 다양한 결과를 보인다. 따라서 추후 임상시험을 위해서 배아줄기세포, 신경줄기세포, 태아조직이식 등 어떠한 이식편을 이용하더라도 세포 투여량의 적절한 기준을 정하는 것이 매우 중요하다.

Gallina 등은 이식된 조직의 광범위한 성장은 “세포 이동” 때문인 것으로 보고하였다. 신생아나 어른 뇌에서 세포 이동은 보고 된바 있으나, 수정 후 8주 되어진 신경세포나 그 전구체를 이식했을 때 어른 뇌에서 세포 이동이 있었다는 증거는 희박하다. 예를 들어, Liu 등은 줄무늬 세포조직을 이식했을 때 신경세포와 신경교세포의 이동을 추적하였고 신경교세포에서는 광범위한 세포 이동이 관찰되었으나, 신경세포는 이동하지 않고 이식편 부근에 머물러 있음을 보고하였다. 따라서 우리의 의견으로는 Gallina 등이 언급했던 “이식된 줄무늬세포 전구체가 HD 환자의 선조체 내에서 광범위하게 발달하였고, 뇌내에서 근거리 또는 원거리의 목표지점에 도달하였다”라고 하는 것은 확실해 보이지 않는다.

일반적으로 뇌는 면역특혜장소라고 알려져 있으나 이는 단지 일부분에 불과하다. 파킨슨병과 헌팅턴병에서 이식편은 면역억제 없이도 생존하였으나, 염증 지표들은 이러한 생존해 있는 이식편 주변에서 증가하였다. 고형이식편과 세포부유액 사이에서 적어도 3가지의 상이한 면역반응이 존재한다. 첫째, 고형이식편이 세포부유액보다 더 많은 염증 반응을 유도한다. 둘째, 세포부유액을 이식했을 때 고형이식편보다 혈관-뇌 장벽을 더 신속히 형성한다. 셋째, 세포부유액을 이용했을 때 상대적으로 더 작은 주사바늘을 사용하므로 주사바늘 삽입에 의한 국소적인 외상에서 염증반응을 좀 더 억제할 수 있다. 파킨슨 병에서 고형이식편을 이식했을 때 강력한 면역반응을 유발함이 보고된바 있고(kordower 등, 1997; Olanow 등, 2003), 헌팅턴병에서도, 비슷한 현상이 보고되었다(Cicchetti 등, 2009; Freeman 등 2000). 반면에 세포부유액을 이식받은 두명의 파킨슨병 환자에서는 이러한 반응이 감소하였다(Mendez 등, 2005). 따라서 고형이식편을 이식할 경우 세포부유액과 비교했을 때, 더 광범위한 면역반응이 유발된다고 사료된다.

이것은 아직까지 심각한 임상학적 문제는 아니다. 태아조직을 이식 받은 26명의 HD 환자 중 3명에서 감염이 보고 되었다. 두명은 수술 후 감염이었고, 한명은 수술상처의 감염이었다. 하지만 조직을 기증 받기전 기증자에 대한 철저한 사전 검사가 필요할 것이고, GMP 또는 GLP 급의 시설에서 모든 조작이 이루어져야 할 것이다.

철저한 관리로 이식편이 부적절하고 잠재적으로 해가 될 만한 세포에 의해 오염되는 것을 방지해야 한다. 부적절하게 준비된 이식편은 심각한 결과를 초래한다. 한 파킨슨병 환자에서 맥락총이 혼입된 조직을 이식받은 환자는 광범위한 낭포형성으로 인해 사망하였다(Mamelak 등, 1998). 또한, 다중배엽이 혼입된 조직을 이식받은 파킨슨병 환자에서 비신경조직의 이상증식으로 인해 폐색성 수두증이 발병하여 사망한 경우가 있다(Freeman 등, 1999; Kordower 등, 1997). 따라서 경험 많은 전문가에 의한 철저한 이식조직의 준비가 향후 모든 임상 시험의 안전성 및 품질 관리를 유지하는 데 필수적이다.

지난 30여년간의 동물실험에 의하면, 이식편은 HD 환자의 미상핵과 피각에 이식 되어져야 한다. Gallina 등은 선조체와 전두엽에서 이식편의 과잉증식을 보고하였다. 이 환자들은 이식 후 2년 내에 기능적인 퇴화를 나타냈고, 이는 이식편의 이식위치에 문제가 있음을 시사한다. 이러한 퇴화는 일반적인 병의 진행을 감안하더라도, 부적절한 이식 위치 때문에 야기된 것으로 볼 수 있다.

Gallina 등은 한 환자가 수술이 필요한 경막하혈종을 갖게 되었음에도 불구하고, 그들의 수술방법은 안전하다는 결론을 냈다. 다른 두 그룹에서도 HD 환자에서 비슷한 경막하혈종을 갖는 경우가 있었다. 이는 HD에서 더욱 흔한 전반적인 뇌위축으로 인해 수술중 뇌척수액의 누출이 발생함으로써, 수술 후 경막하혈종이 생길 확률이 높아지는 것으로 여겨진다. 이러한 경막하혈종은 동일한 수술법을 적용한 파킨슨병 환자에서는 보고되지 않았다. 따라서 Hauser 등은 심각한 뇌위축을 동반한 HD 환자는 이식 대상에서 제외할 것을 권고하기도 하였다.

HD 치료를 위한 신경이식은 아직 검증되지 않았다. 임상시험에서의 안전성은 무엇보다 중요하다. Gallina 등의 연구에서 짧은 추적관찰 기간 동안 특별한 기능적 문제는 없었지만, 이식편의 이상증식이 발견되었다는 것은 추후 문제를 일으킬 가능성이 있다는 것을 의미한다. 따라서 우리는 이 연구에 속해 있는 환자들의 보다 장기적인 추적관찰이 필수적임을 간곡히 제안한다. 이 논문에서 우리는 HD 치료를 위한 신경이식의 안전성에 대해 여러 기술적 문제를 다루려고 했었고, 이는 추후 줄기세포를 이용한 임상시험을 위해서도 매우 중요한 요소가 될 것이다.