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1. Stem cells?

Stem은 줄기, Cell은 세포, 그래서 줄기세포입니다. 영어로 줄기의 의미를 뜻하는 단어들이 많은데 그 중 stem은 원줄기에 해당하고 stem에서 가지들이 사방으로 뻗어 나갑니다. 그래서 stem은 기원이라는 의미를 가지고 stem cell은 곧 여러 가지 세포로 분화되기 전의 세포라는 의미가 됩니다.

2. 줄기세포는 언제, 어떻게 발견되나요?



말로 설명하기에는 복잡하므로 연혁을 보면서 개략적으로 설명 드리겠습니다. 최초의 줄기세포는 1963년에 골수에서 발견됩니다. 우리 몸을 구성하는 뼈 속에는 골수가 존재하는데 이 골수를 채취해서 연구해 보았더니 다양한 혈구세포로 분화되는 줄기세포가 존재하더라는 것이죠. 골수줄기세포의 발견은 이후에 백혈병환자를 완치시킬 수 있는 길을 열어줍니다. 즉 백혈병 환자의 골수를 제거한 후 건강한 골수를 이식하여 백혈병을 치료하게 됩니다.
이후에 서로 독립적인 연구들을 통해서 1981년에 생쥐에서 배아줄기세포를 발견하고, 1992년 골수 이외의 기관에서는 처음으로 뇌에 존재하는 신경줄기세포를 발견합니다. 2001년에 핵치환기술을 이용해서 생쥐의 맞춤형 배아줄기세포를 생산할 수 있게 되고, 2006년에 사람의 유도만능줄기세포를 손쉽게 생산할 수 있는 방법을 개발합니다.

3. 앞의 설명에서 배아줄기세포, 골수줄기세포, 유도만능줄기세포는 각각 무엇인가요?

우리가 보통 줄기세포라고 통칭해서 부르지만 다양한 종류의 줄기세포가 존재합니다.
줄기세포는 크게 배아줄기세포와 성체줄기세포로 구분할 수 있습니다. 여기에 더하여 유도만능줄기세포(iPS cell)라는 것이 있습니다.
골수줄기세포와 신경줄기세포는 성체줄기세포의 종류들입니다. 배아줄기세포는 사람을 구성하는 모든 세포로 분화될 수 있는 능력을 가진 반면 성체줄기세포는 제한된 세포로 분화될 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 거의 유사한 능력을 가지고 있다고 생각하면 됩니다.



4. 그럼 유도만능줄기세포는 무엇인가요?

맞춤형 배아줄기세포를 대체하는 줄기세포가 유도만능줄기세포입니다.
유도만능줄기세포는 일본의 야마나까교수팀이 최초로 생산합니다. 맞춤형 배아줄기세포가 필요한 환자의 피부로부터 획득한 섬유아세포에 4가지 유전자(c-Myc, Oct4, Sox2, Klf4)를 동시에 발현시키면 섬유아세포가 배아줄기세포와 유사한 세포가 되는데 이 세포를 유도만능줄기세포라고 부릅니다. 야마나까교수팀의 방법은 핵치환과정을 거치지 않으므로 기술적 난이도가 낮고, 성공확률이 100%라는 장점을 가지고 있습니다.



Professor Yamanaka's team's method has the advantage of low technical difficulty and a 100% success rate because it does not go through a nuclear substitution process.

5. 성체줄기세포에 대해 알려주세요.

사람에 존재하는 거의 모든 조직들은 그 조직의 손상을 회복하기 위해서 줄기세포를 포함하고 있습니다. 예를 들어서 골수에 존재하는 골수줄기세포, 근육에 존재하는 근육줄기세포, 재대혈에 존재하는 재대혈줄기세포, 뇌에 존재하는 신경줄기세포, 지방에 존재하는 지방줄기세포 등이 있습니다. 이러한 줄기세포들을 통칭해서 성체줄기세포라고 부릅니다.




성체줄기세포가 줄기세포인 이유는 이 세포들이 다양한 형태의 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있기 때문입니다. 예를 들어서 지방유래 줄기세포는 지방세포이외에도 뼈세포, 연골세포, 신경세포 등으로 분화될 수 있습니다. 성체줄기세포는 배아줄기세포와 다르게 분화될 수 있는 세포의 종류가 제한됩니다. 이렇게 그 분화가 제한되는 이유는 성체줄기세포가 이미 많이 분화된, 운명이 제한된 세포이기 때문입니다. 이러한 점은 단점이 될 수도 있지만 안전성이라는 면에서 대단한 장점이 됩니다. 성체줄기세포는 이미 상당히 분화된 세포이므로 이식을 했을 때 배아줄기세포와 달리 암의 발생가능성이 거의 없습니다. 그래서 배아줄기세포와 달리 임상적으로 활발히 이용되고 있습니다. 특히 지방줄기세포는 양도 상대적으로 많고 채취하기도 수월하다는 장점을 가지므로 현재 진행되는 거의 모든 성체줄기세포의 연구는 지방줄기세포를 이용한다고 해도 과언이 아닙니다.

2-1. 줄기세포와 지방

1. 지방이 무엇인가요?
생물학적으로 지방은 글리세롤 한 분자와 지방산 세 분자가 에스테르 결합을 하고 있는 트리아실글리세리드를 의미합니다.



그런데 우리가 일상적으로 말하는 지방은 지방조직을 의미합니다. 즉 “내 몸에 지방이 너무 많아.”라고 표현할 때의 지방은 지방조직입니다. 그래서 이 영상은 지방조직에 대해서 다루고자 합니다.

2. 지방조직은 모두 동일한가요?
그렇지 않습니다. 지방조직은 특성에 따라서 백색지방과 갈색지방으로 구분할 수 있습니다.
백색지방은 지방의 저장을 목적으로 하는 세포들로 구성되며 에너지원이 고갈될 시 자신의 지방을 분해하여 다른 조직세포들에게 지방산을 에너지원으로 공급해줍니다. 그래서 평소에 거대한 지방방울을 포함하고 있고, 미토콘드리아의 개수도 적어서 색깔이 노란빛을 띱니다. 반면 세포 속에 다량의 미토콘드리아를 함유하고 있기 때문에 갈색을 띠는 갈색지방은 자신의 지방을 산화시켜서 열을 생산하기 위해 존재합니다. 그래서 크기가 백색지방에 비해 상대적으로 작고 미토콘드리아 속에 써모제닌(thermogenin)이라는 열 생산 단백질을 포함하고 있습니다.



갈색지방은 유아시기에 대략 체중의 5%를 차지하고 있다가 성인이 되면 미미하게 존재하는데 주로 어깨와 흉부에 존재합니다. ‘아무리 추워도 갓난애와 장독은 얼지 않는다.’는 옛말이 있는데 갓난애들이 가지고 있는 갈색지방의 존재에 대해 우리 조상들은 경험적으로 알고 있었을 것으로 보입니다.

3. 지방조직은 어떻게 구성되나요?

앞서 언급했듯이 성인은 갈색지방을 거의 가지고 있지 않으므로 백색지방에 대해서만 살펴보도록 하겠습니다. 지방조직은 지방세포, 세포외기질, 혈관으로 구성됩니다. 세포외기질은 다시 콜라겐과 같은 결합섬유와 여러 세포들로 구성됩니다. 지방줄기세포(ADSC), 혈관주위세포(pericyte), 대식세포, 림프구, 섬유아세포 등이 세포외 기질에 존재하는 세포들입니다.



요즘 관심을 끄는 SVF(stromal vascular fraction)는 세포외기질과 지방조직의 혈관에 존재하는 세포들의 총합이라고 생각하면 됩니다. 지방조직을 구성하는 지방세포는 70~140μm정도의 직경을 갖는 구형의 세포로 성숙하면 세포질 속에 거대한 지방방울을 포함하고 있습니다. 지방조직은 촘촘한 모세혈관망을 가지고 있고, 에너지 소모율이 낮아서 산소를 거의 소모하지 않기 때문에 체내 조직 중 가장 높은 산소분압을 유지하고 있습니다.

4. 그럼 피하지방과 내장지방은 무엇인가요?

지방조직을 위치에 따라 구분한 것입니다.
피하지방(subcutaneous fat)은 피부 바로 아래에 위치하며 근육 바로 위에 존재합니다. 피하지방은 피부를 잡을 때 느낄 수 있고, 전신에 존재하지만 특히 복부, 엉덩이, 허벅지에 주로 존재합니다. 반면 내장지방(visceral fat)은 복강 속에서 간, 창자와 같은 주요 장기를 감싸고 있습니다. 그래서 내장지방의 존재를 손으로 느낄 수는 없습니다.

5. 피하지방과 내장지방 사이에 어떤 차이가 존재하나요?

두 가지 면에서 큰 차이를 보입니다.
먼저 두 지방이 형성되는 원인이 서로 다릅니다.
피하지방은 주로 고지방음식을 과다 섭취하면 축적됩니다. 반면 내장지방은 음주가 주요한 축적원인입니다.
두 지방의 역할이 서로 다릅니다.
소량의 피하지방은 건강을 증진시켜줍니다. 필요할 때 에너지를 공급해줄 뿐만 아니라 렙틴같은 호르몬을 생산해서 포만감을 느끼게 해주고 아디포넥틴을 생산해서 건강한 혈당의 유지를 도와줄 수 있습니다.
반면 내장지방은 건강에 해롭습니다. 지나친 내장지방은 심장질환, 고혈압, 당뇨병, 뇌졸중, 대장암 등의 원인이 되므로 유의해야 합니다. 여성의 44%와 남성의 42%가 지나친 내장지방을 가지고 있으므로 생각보다 위험요소가 크다고 할 수 있습니다.

2-2. 줄기세포 정맥주사란?

1. 줄기세포의 정맥주사는 무엇인가요?
전세계적으로 SVF와 ADSC가 정맥주사를 위해 사용됩니다. SVF는 지방조직에 포함된 간질과 혈관의 세포들이고, ADSC는 SVF를 배양한 후 증식한 지방줄기세포만을 의미합니다.
그런데 우리나라의 의료법은 배양한 세포인 ADSC의 사용을 실질적으로 금지하고 있으므로 우리병원에서는 SVF를 정맥주사로 투여합니다.

2. 미국을 비롯한 여러나라의 SVF를 어떻게 정맥으로 주사하는 가에 대해 간략하게 설명해 주십시오.

SVF는 앞의 영상에서 언급했듯이 추출한 지방 조직을 콜라게나제라는 효소로 처리한 후 얻게 됩니다. SVF는 다양한 세포들과 섬유성 단백질들로 구성되는데 이 중에 SVF 정맥주사 후 주요한 작용을 하는 것은 ADSC입니다. 지방조직 속에서 ADSC는 세포분열을 중지한 채 쉬고 있는 G0 상태에 존재하는데 이 세포를 분열하도록 깨워주기 위해서 혈액의 혈소판 즉 PRP를 섞어줍니다. SVF는 콜라겐과 같은 섬유성 단백질 덩어리를 포함하고 있습니다. 이러한 섬유성 단백질은 덩치가 커서 혈관을 막고 혈액의 흐름을 방해할 수 있습니다. 그래서 PRP와 SVF의 혼합액은 정맥에 주사하기 전에 반드시 cell strainer라는 일종의 체로 걸러줍니다. 이제 걸러진 세포 현탁액을 환자의 정맥으로 주사하면 됩니다.



3. SVF를 주사하는 데 추가로 고려해야 할 사항은 없나요?
1회 주사하는 데 사용되는 SVF의 양이 중요합니다. 너무 적은 양의 SVF를 정맥으로 주사하면 그 효과가 미미할 것은 쉽게 예상해볼 수 있습니다. 주사하는 SVF의 양은 몸무게에 비례해서 증가하게 되는데 보통 kg당 100만 세포 이상을 주사해야 그 효과를 기대해 볼 수 있습니다. 일례로 몸무게가 70kg인 사람에게 대략 7천만 세포를 주사해야 한다는 의미입니다. 주사하는 횟수는 많을수록 좋겠지만 보통 1회에 그 효과가 나타나고 최대 1달 이내에 그 효과가 나타난다고 알려져 있습니다.


4. 줄기세포 정맥주사는 어떤 효능이 있나요?

크게 항노화 효과와 질병 치유 효과가 있다고 알려져 있습니다.
현재까지의 연구결과에 의하면 사람이 노화하는 중요한 이유 중에 하나가 나이가 듦에 따라서 줄기세포의 수가 감소한다는 것입니다. 사람의 각 조직은 성체줄기세포를 가지고 있습니다. 이 성체줄기세포는 각 조직이 손상될 때, 스스로 분열 및 분화하여 그 손상을 치료하는 역할을 수행합니다. 그런데 사람이 늙어감에 따라 성체줄기세포의 개수도 감소하고, 그 활성도 떨어져서 조직 손상의 복구 능력이 감퇴되어 노화된다는 것입니다. 이러한 사실은 우리의 경험을 통해서 알 수 있는데 우리가 어릴 때 입은 상처는 쉽게 치유되고 흉터도 거의 만들어지지 않지만 나이가 들수록 상처가 아무는 기간도 길어지고 흉터도 심하게 남게 됩니다. 또한 나이가 들면 피부도 얇아지게 됩니다. 줄기세포의 감소가 노화의 주요한 원인이라면 역으로 줄기세포의 개수와 활성을 유지시켜주면 노화를 예방 또는 극복할 수 있을 것입니다. 즉 SVF 속에 존재하는 성체줄기세포인 ADSC를 정맥주사로 꾸준히 공급해 준다면 항노화 효과를 나타낼 것으로 예상해 볼 수 있습니다. 실제로 SVF 정맥주사를 시술받은 환자들에게서 항노화와 관련된 다음의 효과들이 나타났습니다. 피부, 특히 얼굴과 손의 탄력과 색조가 개선되었고, 관절염의 통증과 관절약화가 사라지거나 상당히 감소하였고, 근육통이 사라지거나 상당히 감소하였고, 활력이 넘치고 일상의 일을 수행하는 능력이 증가하였고, 기억력이 향상되고 시력과 청력이 다소 개선되었습니다. 요실금과 같은 배뇨배변 능력이 개선되었습니다. 현재는 비용의 부담이 있어서 지속적인 SVF 정맥주사를 맞지 못한다는 한계가 있지만 미래에 이러한 시술이 대중화 될 경우 우리들의 젊음 유지에 이바지 할 것으로 기대해봅니다.



질병 치유와 관련해서 SVF는 면역조절 능력, 혈관신생 능력, 생장인자의 분비 능력을 가집니다. 이 중 면역조절 능력은 아토피, 중증 건선, 알레르기성 비염, 천식, 다발성 경화증, 폐기종, 원형 탈모,
COVID19에 의한 폐렴과 같은 염증반응이나 자가 면역질환에 대한 치료 효과를 나타냅니다. 면역조절 능력, 생장인자의 분비와 같은 능력들은 뇌와 관련된 질환을 호전시키는 것으로 보이는데 파키슨병, 불면증,
편두통, 자폐증, 뇌졸중, 외상성 뇌손상 환자들의 증상을 호전시켜 주었습니다. 이러한 질환이외에도 당뇨병과 발기부전의 증상을 호전시켜 주는 역할도 수행한다고 알려져 있습니다.

5. 줄기세포 정맥주사의 부작용은 없나요?

Comella et al.(Comella et al., J Clin Med Res. 2017;9(11):935-942)이 발표한 논문의 결과를 통해서 SVF 주사의 안정성에 대해 알아볼 수 있습니다. Comella et al.은 미국에 존재하는 다섯 개의 의료기관으로부터 자료를 취합한 후에 이 자료를 분석하였습니다. 각 의료기관들은 총 676명의 다양한 환자에 SVF를 다양한 방법으로 주입하였습니다. 이렇게 다양한 루트로 SVF를 주입한 다양한 환자를 대상으로 SVF의 안전성을 조사한 결과 대부분의 경우 90%이상의 환자는 부작용을 전혀 나타내지 않았습니다. 나타난 부작용도 붓거나 열이 나는 정도였으며 간단한 약물 치료로 완전히 회복될 수 있었습니다.

이러한 연구결과는 SVF의 시술이 안전함을 잘 보여준다고 하겠습니다.

6. 줄기세포 정맥주사의 발전방향으로 어떤 것이 있을까요?

최근의 연구동향으로 이 질문에 대한 답을 대신하겠습니다.
ADSC의 속성 중에 호밍(homing)효과라는 것이 있습니다. 정맥으로 주사된 ADSC는 환자의 불편한 곳 또는 질환 부위로 알아서 찾아가서 치료한다는 것입니다. 그런데 실제로 조사한 바에 의하면 정맥으로 주사된 ADSC는 폐, 간, 뇌로 이동하여 가장 많이 축적된 후 사라집니다. 즉 생각처럼 호밍효과가 뚜렷하지 않다는 것입니다. 그래서 현재의 연구자들은 ADSC를 원하는 부위로 강제 호밍시킬 수 있는 방법들을 연구하고 있습니다. 이러한 연구가 축적되면 맞춤형 줄기세포 치료를 기대해 볼 수 있을 것입니다.

7.인체가 중간엽줄기세포(MSC)를 거부할 가능성이 있나요?

MSC는 면역 거부 반응이 거의 일어나지 않아 안전성이 높은 세포 치료제 입니다.
하지만, 장기간 배양된 MSC, 오염된 세포, 환자의 특정 면역 상태는 거부 반응을 유발할 수 있습니다.
따라서 엄격한 품질 관리와 환자 상태를 면밀하게 체크해야 안전한 치료를 담보할 수 있습니다.

2-3. 줄기세포의 효과는 얼마나 오래 지속되나요?

줄기세포의 효과 지속 기간은 질병, 치료 방법, 환자 개인의 상태 등에 따라 다르기 때문에 정확하게 답변하기 어렵습니다. 하지만 일반적으로 다음과 같은 경향을 보입니다.

1. 질병

신경계 질환: 파킨슨병, 알츠하이머병 등의 경우 줄기세포 치료 효과가 몇 년 동안 지속될 수 있지만, 질병 진행을 완전히 막지는 못할 수 있습니다.
심혈관 질환: 심근 경색, 심부전 등의 경우 줄기세포 치료 효과가 몇 년 동안 지속될 수 있으며, 심장 기능 개선 및 생존율 향상에 도움이 될 수 있습니다.
혈액 질환: 백혈병, 빈혈 등의 경우 줄기세포 치료가 완치로 이어질 수 있지만, 재발 가능성이 있습니다.
면역 질환: 당뇨병, 류마티스 관절염 등의 경우 줄기세포 치료가 증상 완화에 도움이 될 수 있지만, 지속적인 치료가 필요할 수 있습니다.
조직 손상: 화상, 골절 등의 경우 줄기세포 치료가 조직 재생에 도움이 될 수 있지만, 재활 치료가 필요하며 완치까지 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다.

2. 치료 방법

줄기세포 종류: 배아 줄기세포, 성체 줄기세포, iPS 세포 등 줄기세포 종류에 따라 효과 지속 기간이 다를 수 있습니다. 배아줄기세포나 IPS는 종양형성의 위험이 있어 주의해야하며 MSC는 종양은 형성하지 않으나 그만큼 치료효과도 다소 떨어진다. 따라서 종양위험이 없고 효능은 IPS보다 높은 와톤젤리 줄기세포치료에 주력하고 있습니다.

투여 방법: 정맥 주사, 국소 주사, 직접 이식 등 투여 방법에 따라 효과 지속 기간이 다를 수 있습니다.
투여 횟수: 단일 투여 또는 반복 투여에 따라 효과 지속 기간이 다를 수 있습니다.

3. 환자 개인의 상태

연령: 나이가 많을수록 줄기세포 치료 효과가 덜 지속될 수 있습니다.
건강 상태: 건강 상태가 좋을수록 줄기세포 치료 효과가 더 오래 지속될 수 있습니다.
면역 체계: 혈액유래 줄기세포를 사용하는 경우 면역 체계가 강할수록 줄기세포 거부 반응 가능성이 높아져 효과 지속 기간이 단축될 수 있습니다.
따라서, 줄기세포 치료를 고려하고 있다면 전문 의료진과 상담하여 자신의 질병, 치료 방법, 개인 상태에 맞는 정확한 정보를 얻는 것이 중요합니다.

2-4. 줄기세포는 냉동되어 있나요?



네, 줄기세포는 보관 목적으로 냉동보다는 동결건조하는 것이 좋습니다.

1줄기세포를 동결건조 하는 이유:

장기 보관: 줄기세포는 동결건조를 통해 오랜 기간 활성화 상태를 유지할 수 있습니다.
세포 손상 방지: 동결건조는 세포 손상을 방지하여 줄기세포의 기능을 유지하는 데 도움이 됩니다.

운송 및 배포 용이: 동결건조된 줄기세포는 운송 및 배포가 용이하여 필요한 곳에 쉽게 전달할 수 있습니다.

줄기세포 동결건조:


액체 질소 보관: 냉동된 줄기세포는 액체 질소(-196℃) 온도에서 보관됩니다.
줄기세포 냉동의 장점:

-장기간 보관 가능
-세포 손상 방지
-운송 및 배포 용이

줄기세포 냉동의 단점:

-냉동 과정에서 세포 손상 가능성
-숙련된 기술 및 장비 필요
-보관 비용 발생

2 줄기세포 냉동에 대한 주의 사항:

냉동된 줄기세포는 해동 과정에서 세포 손상 가능성이 있어 숙련된 기술 및 장비를 사용해야 합니다.

결론: 줄기세포는 장기 보관, 세포 손상 방지, 운송 및 배포 용이성을 위해 냉동되는 경우가 많습니다. 하지만 냉동 과정에서 세포 손상 가능성이 있으며 숙련된 기술 및 장비가 필요합니다.
따라서 냉동보다는 동결건조하여 보관하는 것이 보관 및 이동에 월등합니다.