인공다능성 줄기세포(iPS세포) 정의
인체의 다양한 부위의 세포와 조직이 되는 능력을 가진 인공의 줄기세포를 말한다. 환자 본인의 세포로부터 만드는 것이 가능하여 환자와 같은 유전정보를 가진다. 난치성 질환 치료로 인한 거부반응이 없는 장기와 조직을 만들거나, 질병의 원인 해명, 신약의 탐색에 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 장래의 만능세포로서 기대되어 온 배성간세포(胚性幹細胞; embryonic stem cell)은 수정란을 배양하여 만들기 때문에 윤리적인 문제를 안고 있다.
인공다능성 줄기세포(iPS세포) 배경
배아줄기세포는 재생의료 및 신약 개발에 이용할 수 있는 무한한 가능성이 있음에도 윤리적인 문제로 그 방법이나 효과, 그리고 문제점을 극복할 수 있는 실질적인 연구 자체에 걸림돌이 존재하고 있다. 과학자들은 오랫동안 인체의 여러 부위의 세포들을 재프로그래밍해서 줄기세포처럼 행동하도록 그 잠재능력의 다능성을 유도하는 방법에 주목하고 있었다. 만약 다 자란 세포를 원래의 배아줄기세포 상태로 되돌릴 수 있다면, 또 재프로그래밍기법이 그 열쇠를 제공할 수 있어 이를 다시 필요로 하는 세포로 다시 분화하여 임상에 적용할 수 있다는 과학소설과도 같은 이 가능성이 전 세계 연구자의 꿈이었다. 재생 의료의 역사를 뒤바꿀 가능성이 잠재하고 있음을 암시한다. 2006년 전사유전자에의한 직접 재프로그래밍의 가능성이 처음으로 확인되기 시작하였다.
2007년 11월 일본 교토대학 야마나카 신야 교수 연구팀과 미국 위스콘신대학 제임스 톰슨 교수 연구팀이 '인간'에서 채취한 세포에 4가지 전사유전자를 주입하는 직접 프로그래밍을 통해 이를 배아줄기세포와 같은 만능세포(iPS)로 전환시키는 데 성공하였다.
이 두 연구 결과는 야마나카 교수의 2006년 생쥐 연구에 기초를 두고 있다. 이 기초연구에서 야마나카는 생쥐의 피부세포에서 신체의 다양한 세포로 분화하는 배아줄기세포와 비슷한 만능줄기세포를 만드는데 성공했다. 이 줄기세포를 "유도 다능성 줄기세포" (ｉＰＳ細胞)로 명명하였다. 이 방법이 사람 세포에서도 같은 방식으로 효과를 보인다면 의료 혁명을 가져다 줄 것이지만 실제 인간에게 적용되기 까지는 더 많은 연구와 시간이 필요하고, 또한 생쥐의 성과가 인간에서도 같을지 어떨지는 냉정하게 지켜볼 필요가 있음을 지적한 바 있었다.
한 해가 지난 후, 이 두 연구팀은 기대되던 인간의 체세포로를 이용하여 줄기세포를 얻어낸 성과를 이루어 낸것이다. iPS세포는 (1) 난자 및 수정란을 사용하지 않기 때문에 윤리적 문제를 피할 수 있는 가능성이 있으며, (2) 환자자신의 세포로 만들게 된다면 타인의 세포이식시 동반되는 거절반응을 피할 수 있다. 우선 종양 형성으로 부터 안전성 확보라는 과제가 해결된다면 iPS세포는 다양한 HLA세포를 구비한 세포은행을 구축하는데 효과적이고 실질적인 출발점을 제공할 수 있어 앞으로 재생의료의 새로운 패러다임 형성을 기대하여 본다.
인간연구 결과가 발표된 11월 20일로 부터 그후 2주 까지 동안에 최소 6개의 연구기관들이 인간 iPS을 재현하는데 성공하였다고 한다. 또한 암 유전자 c-Myc이 제외된 배양방법으로 전사인자에 의한 암 발생 요인을 제거하는 성과가 추가 발표됨에 따라 iPS에 대한 폭팔적인 관심이 더욱 탄력을 받을 것으로 전망된다. 12월에는 iPS의 치료 효능을 입증한 첫번째 사례가 발표되었다. 생쥐의 치료빈혈증세의 호전이 관찰되었고 12주 까지도 우려되었든 어떠한 종류의 종양도 발견되지 않었다 한다. 2008년 1월 야마나카 교수는 일본기자들과의 인터뷰에서 줄기세포를 이용한 환자 치료가 10년 내 가능해질 것이라는 낙관적인 전망을 내놨다. 그는 기술적인 부분에서 치료용 줄기세포 연구가 아직 초보단계라는 점을 인정하면서도 '하지만 줄기세포 기술은 사실 아주 단순한 것'이라며 급속한 발전이 이뤄질 수 있을 것이라고 내다봤다.
2006년 8월(Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors Kazutoshi Takahashi and Shinya Yamanaka)
많은 후속 연구들의 기초가 되는 2006년의 연구는 일본 교토(京都)대학의 단 두명의 저자에 의해 분화를 마친 체세포의 시간을 되돌리는 획기적인 결과를 발표한 논문이다. 8월의 논문 발표 이전인 6월 캐나다 토론토에서 열린 국제줄기세포연구학회에서 다 자란 쥐의 꼬리에서 추출한 피부세포에 특정 유전자를 끼워 넣음으로써 배아줄기세포와 유사한 형태로 만드는 데 성공했다는 발표가 먼저 나왔다. 이는 피부세포의 유전자를 조작해, 원래는 없는 4개의 새로운 단백질을 생성하는 전사유전자(mRNA)을 삽입한 것이다.
야마나카 교수와 타카하시 카즈토시 특임 조수는 ES세포와 체세포를 융합하면 체세포로 초기화가 일어나는 사실로부터, ES세포 안에 만능성을 갖게 하는 유전자가 작동하고 있다고 생각했다. 이 가설을 전재로 이팀은 5년 동안의 연구에서 마우스의 배아줄기세포로 특이한 기능을 하는 24종의 유전자를 조사해 초기화에 결정적인 역활을 하는 4개(Oct3/4, Sox2, c-Myc, Klf4)의 전사유전자에 주목하였다. 그 후, 마우스의 피부 세포에 이것들을 주입한 뒤 직접 리프로그래밍을 통해 부분적 차이는 있지만 배아줄기세포와 거의 유사한 원시세포가 발생하였고, 이를 유도다성능 줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cells: iPS, 誘導多能性)라고 불렀고 여기서는 "iPS ver 1.0"이라 명하였다.
인공다능성 줄기세포(iPS세포) 관련 성과 현황
- 교토대: iPS세포 최초 특허 [2008년 9월]
- 단백질로 바이러스운반체를 대체 [2008년 9월]
- iPS세포로 췌장 생성 [2008년 9월]
- 사랑니 유래의 iPS세포 [2008년 8월]
- 10대 유전질환 iPS세포주 분양 [2008년 8월]
- Wnt 단백질이 암 유발 c-Myc를 대체하다 [2008년 8월]
- ALS 환자 유래 iPS세포의 운동신경세포 분화 [2008년 7월]
- 약물유발에 의한 iPS세포의 전사인자 활성화 [2008년 7월; 추가 9월]
- 발프로익산 역분화 효율을 100배 증가 [2008년 6월]
- 성숙 베타세포의 iPS세포 역분화 [2008년 6월]
- 지방기질세포를 이용한 부분 역분화 기술의 가능성 [2008년 6월]
- 전사유전자나 바이러스의 사용없는 역분화 [2008년 6월]
- 유전체학적인 iPS세포의 역분화 분석 [2008년 5월]
- 신경세포에서 iPS세포 유도 [2008년 5월]
- iPS세포의 심장과 혈액 세포 분화 [2008년 4월]
- iPS 유도: 성숙세포 vs 섬유모세포 [2008년 4월]
- iPS세포 특허전쟁 [2008년 4월]
- 난치병 환자의 피부에서 iPS세포 유도 [2008년 4월]
- iPS세포 파킨슨병 치료 [2008년 4월]
- 마우스 iPS세포 망막 시세포 분화 [2008년 3월] - @분류:치료일반
- iPS세포 연구거점 4곳 선정 [2008년 2월]
- iPS세포의 역분화 기전 규명 [2008년 2월]
- UCLA 연구진 인간 iPS세포 재현 [2008년 2월]
- 국내연구진 고효율 iPS세포 유도 [2008년 2월]
- Mouse iPS세포 분양 예정 & iPS 세포은행 설립 제기 [2008년 1월]
- 간·위 점막세포 유래 iPS [2007년 12월; 추가 2008년 2월]
- iPS 적혈구빈혈 치료 [2007년 12월]
- 잠자는 성체줄기세포를 깨우는 신약 개발 [2007년 12월]
- 암 유전자 c-Myc가 제외된 iPS 배양 방법 [2007년 11월]
- 인간 iPS 성공 [2007년 11월]
- UCSF의 Blelloch팀의 개선된 방법 제시 [2007년 9월]
- 제니시박사팀, Myc제외된 육안 구별 방법 [2007년 8월]
- iPS ver 2.0: 3개 연구팀 재현실험, 벡터바이러스 [2007년 6월]
- iPS ver 1.0: 마우스 [2006년 8월]
- iPS세포 연구배경
<참고 : http://cytotherapy.wcyte.com/92>