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줄기세포 치료

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목차

1. 개요

줄기세포 치료는 손상된 세포나 조직을 대체하거나 복구하기 위해 줄기세포 또는 이로부터 파생된 세포를 사용하는 치료법이다. 조혈모세포 이식을 통해 백혈병과 림프종과 같은 혈액 질환을 치료하는 데 90년 이상 사용되어 왔으며, 현재는 다양한 질환 치료에 대한 연구가 진행 중이다. 줄기세포 치료는 자가, 동종, 이종 줄기세포를 사용하며, 손상된 조직의 재생, 면역 반응 조절, 세포 사멸 억제 등 다양한 메커니즘을 통해 효과를 나타낸다. 그러나, 윤리적 문제, 안전성 및 효과에 대한 검증 부족, 규제 미비 등 한계와 과제가 존재하며, 현재 실험적인 단계에 있는 치료법이 많다.

2. 줄기세포 치료의 역사와 발전

조혈모 세포 이식(HSCT)은 30년 이상 백혈병과 림프종 같은 질환을 앓는 사람들을 치료하는 데 사용되어 왔으며, 널리 실행되는 유일한 형태의 줄기세포 치료법이었다.[227][228][229] 화학 요법 중에는 대부분의 성장 세포가 세포 독성 제제에 의해 사멸된다. 그러나 이러한 제제는 백혈병 또는 신생물 세포와 골수 내의 조혈모 세포를 구별할 수 없어, 줄기 세포 이식이 기존 화학 요법 전략의 부작용을 되돌리려는 시도를 한다. 기증자의 건강한 골수는 치료 중 숙주 체내에서 손실된 세포를 대체하기 위해 기능적 줄기 세포를 재도입한다. 이식된 세포는 또한 암세포를 제거하는 데 도움이 되는 면역 반응을 생성한다. 그러나 이 과정이 지나치게 진행되어 이 치료법의 가장 심각한 부작용인 이식편대숙주병을 유발할 수 있다.[230]

이후, 여러 국가 및 기관에서 줄기세포 치료에 대한 연구 및 승인이 진행되었다. 2012년 캐나다에서는 스테로이드에 반응하지 않는 어린이의 급성 이식편대숙주병 관리를 위해 중간엽 줄기 세포(MSC)를 기반으로 하는 동종 줄기 세포 치료법인 프로치말을 조건부 승인했다.[233] 미국 식품의약국(FDA)은 혈액 및 면역 질환 치료를 위해 제대혈에서 유래된 5가지 조혈모 세포 제품을 승인했다.[234]

2018년에는 대만 정부가 자가말초혈액 조혈모세포 이식, 자가면역세포 치료, 자가지방줄기세포 이식, 자가섬유아세포 이식, 자가골수중간엽줄기세포 이식, 자가연골세포 이식의 6개 항목에 대한 인체 세포 치료를 허가하여, 여러 질환을 가진 환자들이 세포 치료를 받을 수 있게 되었다.[235]

유럽 의약품청(EMA), 미국 식품의약국(FDA), 일본 의약품의료기기청(PMDA) 등은 효과와 안전성에 대한 증거를 바탕으로 줄기 세포 치료를 승인한다. 최초로 승인된 줄기 세포 치료는 특정 혈액암과 선택된 면역 질환들이었으며, 현재 여러 질환에 대한 줄기 세포 치료 임상 시험이 활발히 진행 중이다.[239]

2. 1. 조혈모세포 이식

30년 이상 동안 조혈모 세포 이식(HSCT)은 백혈병과 림프종과 같은 질환을 앓는 사람들을 치료하는 데 사용되어 왔으며, 널리 실행되는 유일한 형태의 줄기세포 치료법이다.[227][228][229] 화학 요법 중에는 대부분의 성장 세포가 세포 독성 제제에 의해 사멸된다. 그러나 이러한 제제는 백혈병 또는 신생물 세포와 골수 내의 조혈모 세포를 구별할 수 없어, 줄기 세포 이식이 기존 화학 요법 전략의 부작용을 되돌리려는 시도를 한다. 기증자의 건강한 골수는 치료 중 숙주 체내에서 손실된 세포를 대체하기 위해 기능적 줄기 세포를 재도입한다. 이식된 세포는 또한 암세포를 제거하는 데 도움이 되는 면역 반응을 생성한다. 그러나 이 과정이 지나치게 진행되어 이 치료법의 가장 심각한 부작용인 이식편대숙주병을 유발할 수 있다.[230]

Prococvhymal이라는 또 다른 줄기 세포 치료법은 스테로이드에 반응하지 않는 어린이의 급성 이식편대숙주병 관리를 위해 2012년 캐나다에서 조건부 승인을 받았다.[233] 이는 성인 기증자의 골수에서 유래된 중간엽 줄기 세포(MSC)를 기반으로 하는 동종 줄기 세포 치료법이다. MSC는 골수에서 정제되어 배양 및 포장되며, 단일 기증자로부터 최대 10,000회 복용량이 파생된다. 복용량은 필요할 때까지 냉동 보관된다.[10]

미국 식품의약국(FDA)은 혈액 및 면역 질환 치료를 위해 제대혈에서 유래된 5가지 조혈모 세포 제품을 승인했다.[234]

2018년 9월 6일, 대만 정부는 자가말초혈액 조혈모세포 이식, 자가면역세포 치료, 자가지방줄기세포 이식, 자가섬유아세포 이식, 자가골수중간엽줄기세포 이식, 자가연골세포 이식의 6개 항목에 대한 인체 세포 치료를 허가했다. 말기암 환자, 1~3기의 암 환자, 중증화상 환자, 퇴행성 관절염 환자 등 수만 명이 신약 임상실험이나 해외 원정 치료 없이 대만에서 세포 치료를 할 수 있게 되었다.[235]

2. 2. 줄기세포 치료의 발전과 승인

2012년 캐나다는 스테로이드에 반응하지 않는 어린이의 급성 이식편대숙주병 관리를 위한 줄기세포 치료법인 프로치말을 조건부 승인했다.[233] 이는 성인 기증자의 골수에서 유래된 중간엽 줄기 세포(MSC)를 기반으로 하는 동종 줄기 세포 치료법이다.[9]

미국 식품의약국(FDA)에서는 제대혈에서 추출한 5개의 조혈모세포 제품을 혈액 및 면역학적 질병 치료에 사용하는 것을 승인했다.[234]

2013년 일본은 기존 약사법을 개정해 허가받지 않은 줄기세포 치료를 의사 책임하에 시술할 수 있도록 했다. 조건부 승인제도를 통해 병원에서 허가받지 않은 줄기세포치료제라도 의사 책임 하에 시술을 허용했다. 2018년 12월, 일본 정부는 세계 최초로 척수손상 치료를 위한 줄기세포치료제의 상용화를 허용했다.

2018년 9월 6일, 대만 정부는 6개 항목의 인체 세포 치료를 허가했다. 이는 자가말초혈액 조혈모세포 이식, 자가면역세포 치료, 자가지방줄기세포 이식, 자가섬유아세포 이식, 자가골수중간엽줄기세포 이식, 자가연골세포 이식을 포함한다. 이로 인해 말기암 환자, 1~3기의 암 환자, 중증화상 환자, 퇴행성 관절염 환자 등 수만 명이 대만에서 세포 치료를 받을 수 있게 되었다.[235]

2019년 3월 5일, 네이처지에는 줄기세포 치료로 에이즈 환자를 치료한 두 번째 사례가 발표되었다. 조혈모세포를 에이즈 환자에 이식하자, HIV가 완전히 사라졌고, 18개월 후 검사에서도 HIV가 검출되지 않았다.[236]

유럽 의약품청(EMA), 미국 식품의약국(FDA), 일본 의약품의료기기청(PMDA) 등은 효과와 안전성에 대한 증거를 바탕으로 줄기 세포 치료를 승인한다. 최초로 승인된 줄기 세포 치료는 특정 혈액암과 선택된 면역 질환들이었다. 현재 당뇨병, 파킨슨병, 노화성 황반변성 등을 포함한 여러 질환에 대한 줄기 세포 치료 임상 시험이 활발히 진행 중이다.[239]

90년 이상 동안, 조혈모 세포 이식(HSCT)은 백혈병과 림프종과 같은 질환 치료에 사용되어 왔으며, 널리 실행되는 유일한 형태의 줄기 세포 치료법이다.[5][6][7]

3. 줄기세포 치료의 종류 및 원리

줄기세포 치료는 손상되거나 결핍된 세포나 조직을 대체하기 위해 줄기세포 또는 그로부터 유래한 특수 세포 유형을 사용하는 치료법이다. 이러한 세포는 환자 자신이나 기증자로부터 얻을 수 있으며, 실험실에서 유전자 조작 등을 거쳐 환자에게 주입되거나 손상된 조직에 직접 이식될 수 있다.[231]

줄기세포 치료는 특정 질병, 상태, 세포 유형에 따라 맞춤형으로 진행될 수 있다. 그러나 미분화된 다능성 줄기세포는 종양 생성 가능성이 있어 주의해야 한다.[231] 합법적으로 승인된 줄기세포 치료는 유럽 의약품청(EMA), 미국 식품의약국(FDA) 등 규제 기관의 승인을 받으며, 혈액암, 면역 질환 등에 적용되고 있다.[239]

현재 널리 인정받는 줄기세포 기반 치료는 백혈병이나 날카로운 세포 빈혈과 같은 혈액 질환 치료를 위한 조혈모 세포 이식이다.[241] 50년 이상 사용된 혈줄기 세포 이식(골수 이식)은 혈액암 및 일부 면역 장애 치료에 효과적이다.[240] 혈줄기 세포는 골수, 혈류, 태반 혈액에서 수집할 수 있다.[240]

최근에는 눈의 화상으로 인한 각막 손상 치료에 각막 줄기 세포가 사용되기도 한다.[12]

줄기세포 치료의 주요 작용 기전은 다음과 같다:

# 항염증 효과[24][25]

# 손상 조직으로 이동하여 조직 성장에 필요한 세포 모집[24][25]

# 흉터 형성 억제 및 조직 리모델링 지원[24][25]

# 세포 사멸 억제[24][25]

# 뼈, 연골, 힘줄, 인대 조직 등으로 분화[24][25]

줄기세포는 표면에 MHC 분자가 적어 면역원성이 낮아 동종 이식 치료에 유리하다.[28]

유도 분화 기술을 이용하면 기능적인 성체 조직을 무기한으로 성장시켜 신약 연구에 활용할 수 있다. 이를 통해 동물 실험의 필요성을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.[90]

인간 배아 줄기 세포 사용에는 논란이 있다. 배아 줄기세포를 얻기 위해 배아를 파괴해야 하는 기술이 주된 논쟁 대상이며, 철학적, 도덕적, 종교적 반대가 존재한다.[219] 하지만 성체 줄기세포, 양수 줄기세포, 유도 만능 줄기 세포 등 다른 대안도 연구되고 있다.[19]

3. 1. 줄기세포 공급원

재생 치료에 사용되는 대부분의 줄기 세포는 환자의 골수 또는 지방 조직에서 분리된다.[256][257] 간엽 줄기 세포는 뼈, 연골, 힘줄 및 인대뿐만 아니라 근육, 신경 및 기타 전구 조직을 구성하는 세포로 분화할 수 있다.[258][259] 손상된 조직에 이식된 줄기 세포의 수는 치료 효능을 변화시킬 수 있다. 골수 흡인물에서 파생된 줄기 세포는 수백만 개의 세포로 확장하기 위해 전문 실험실에서 배양된다.[26] 지방 유래 조직도 사용 전에 처리가 필요하지만, 지방 유래 줄기 세포에 대한 배양 방법은 골수 유래 세포만큼 광범위하지 않다.[16] 골수 유래 줄기 세포가 뼈, 연골, 인대 및 힘줄 복구에 선호되는 반면, 다른 연구자들은 수집 기술이 덜 까다롭고 지방 유래 줄기 세포 분획에 이미 존재하는 다세포 미세 환경 때문에 자가 이식에 선호되는 공급원이라고 생각한다.[260]

새로운 간엽 줄기 세포 공급원으로, 동물의 위험을 최소화하면서 쉽게 채취할 수 있는 피부 및 진피에 존재하는 줄기 세포가 연구되고 있다.[261] 조혈모세포도 혈류에서 이동하며 다른 간엽 줄기 세포와 동일한 분화 능력을 가지고 있고, 매우 비침습적인 채취 기술을 사용할 수 있다는 장점이 있다.[262]

최근에는 배아 외 간엽 줄기 세포의 사용에 대한 관심이 높아지고 있다. 다양한 동물의 제대, 난황낭 및 태반에서 발견되는 줄기 세포의 분화 능력을 조사하기 위한 연구가 진행 중이다. 이러한 줄기 세포는 내배엽 및 외배엽 기원의 조직을 더 쉽게 형성하는 능력을 포함하여 성체 세포보다 더 많은 분화 능력을 가지고 있다고 생각된다.[263]

3. 2. 줄기세포 배양

줄기세포가 연구나 치료에 이용되기 위해서는 양질의 줄기세포가 대량으로 필요하다. 줄기세포의 잠재력을 잃지 않고 체외에서 각 순수 조직의 줄기세포를 생산하기 위한 배양 시스템을 개발하는 것이 필요하다. 현재는 2차원 및 3차원 세포 배양 시스템이 존재한다.[243]

2차원 세포 배양 시스템은 지난 40년간 전 세계 수천 개의 실험실에서 일상적으로 수행되었다. 2차원 세포 배양에서, 세포는 바닥 측의 단단하고 평평한 표면, 그리고 정단면의 액체에 노출된다. 2차 세포 배양의 경우, 각 세포 유형에 고유한 세포 외 기질이 결여되어 세포 대사를 변화시키고 그 기능성을 감소시킬 수 있기 때문에 생존 세포에 대한 극적인 적응이 필요하다.[244]

3차원 세포 배양 시스템은 줄기 세포에 대한 생체 모방 미세 환경을 생성 할 수 있으며, 생체 내에서의 고유한 세포 외 기질(ECM)과 유사하다. 최근 수십 년 동안 첨단 생체 재료는 3차원 세포 배양 시스템에 크게 기여했으며 줄기세포 증식과 분화를 개선하기 위해 더욱 독특하고 복잡한 생체 재료가 제안되었다. 그 중에서도 나노구조화된 생체 재료는 표면적 대 부피비가 유리한 특징을 가지며 나노 규모에서 천연 ECM의 물리적 및 생물학적 특징을 모방하기 때문에 특히 관심의 대상이 된다.[245]

4. 줄기세포 치료의 적용 분야

줄기세포는 다양한 질환 치료에 적용될 가능성이 있어 활발히 연구되고 있다. 줄기세포는 다음과 같은 5가지 주요 메커니즘을 통해 치료 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.[246][247]

1. 항염증 효과

2. 손상된 조직으로 이동하여 내피 전구 세포 등 다른 세포를 모집하여 조직 성장 촉진

3. 흉터 형성 억제 및 조직 재구성 지원

4. 세포 사멸 억제

5. 뼈, 연골, 힘줄, 인대 조직 등으로 분화

줄기세포 치료가 유망하거나 새롭게 주목받는 질환


손상 부위에 혈액 공급을 늘려 조직 재생을 촉진하기 위해 줄기세포 이식과 함께 혈소판 풍부 혈장을 사용하기도 한다.[248][249] 또한, 줄기세포는 표면에 MHC 분자가 적어 면역원성이 낮고, 면역 반응을 조절하고 새로운 조직에 대한 내성을 높이는 케모카인을 분비한다. 따라서 면역 거부 반응의 위험 없이 동종 이식 치료가 가능하다.[28]

줄기세포는 주로 환자의 골수나 지방 조직에서 분리하며,[256][257] 중간엽 줄기세포(MSC)는 뼈, 연골, 힘줄, 인대, 근육, 신경 등 다양한 조직 세포로 분화할 수 있다.[258][259] 최근에는 제대, 노른자, 태반 등에서 발견되는 줄기세포의 분화 능력에 대한 연구도 진행되고 있다.[263]

줄기세포는 약물 연구에도 활용된다. 줄기세포를 분화시켜 특정 세포 유형을 만든 후, 신약 후보 물질을 시험하여 생체 내 연구 전에 약물 상호작용을 확인할 수 있다.[254]

4. 1. 신경 퇴행성 질환

줄기세포는 파킨슨병, 근위축성 측삭 경화증(ALS), 알츠하이머병과 같은 뇌 퇴행성 동물 모델에 대한 연구가 진행되어 왔다.[268][269][270] 다발성 경화증과 관련된 예비 연구도 진행되었다.[271][272][273] 건강한 성인 뇌에는 신경 줄기 세포가 존재하며, 이 줄기세포는 일반적인 줄기세포 수를 유지하기 위해 분열하거나 전구 세포가 된다. 전구 세포는 뇌 내에서 이동하여 주로 후각 뉴런 집단을 유지하는 기능을 한다. 내인성 신경 줄기세포의 약리학적 활성화는 신경계 장애의 쥐 모델에서 신경 보호 및 행동 회복을 유도하는 것으로 보고되었다.[274][275][276]

2020년 2상 임상시험에서 중간엽 줄기 세포 치료를 받은 다발성 경화증 환자가 가짜 치료를 받은 환자에 비해 유의미하게 개선된 결과를 보였다.[35] 2021년 1월, 미국 식품의약국(FDA)은 진행성 파킨슨병 환자의 손실된 뇌 세포를 복원하기 위한 실험적 줄기세포 치료법에 대한 첫 번째 임상시험을 승인했다.[36]

4. 2. 심혈관 질환

심혈관 질환에 대한 성인 줄기세포 치료법은 여러 임상 시험에서 안전하고 효과적이라는 증거가 보고되고 있다.[288][289][290][291] 일부 임상 시험에서는 골수 줄기세포 요법을 사용한 후 심장 기능이 완만하게 개선된 사례도 있다.[292] 심근 경색 치료에는 일반적으로 자가 골수 줄기세포를 사용하지만, 지방 유래 줄기세포와 같은 다른 유형의 성체 줄기세포도 사용될 수 있다.[293][294]

가능한 회복 메커니즘은 다음과 같다.

  • 심장 근육 세포 생성
  • 새로운 혈관 성장 촉진
  • 성장 인자 분비


2012년에는 중증 심장 질환 환자를 대상으로 한 줄기세포 연구가 진행되었다.[44] 그러나 보도-에케하르트 스트라우어[45]의 연구는 수백 건의 사실적 모순이 발견되면서 신뢰성을 잃었다.[46] 성체 줄기세포 치료가 안전하고 효과적이라고 보고한 여러 임상 시험 중 실제 효능에 대한 증거는 소수의 연구에서만 보고되었다.[47]

몇몇 선구적인 연구[140] 중에는 모순이 발견되어 신뢰할 수 없는 것도 있다.[141] 성인 심근경색[142] 및 심근경색으로 인한 것이 아닌 심부전[143]에서 줄기세포 치료가 안전하고 효과적이라고 보고된 몇몇 임상 시험 중에서 강력한 효과가 보고된 것은 소수에 불과하다. 첫 번째 동물 실험에서는 현저한 치료 효과가 나타났지만,[144][145] 이후 인체 임상 시험에서의 치료 효과는 통계적으로 유의미했지만 미미했다.[146][147] 이러한 모순의 원인으로는 환자의 연령,[148] 치료 시기,[149] 환자가 과거에 심근경색을 몇 번이나 겪었는지 등이 거론된다.[150]

현재 연구는 세포 조달 기술, 세포 유형, 세포 투여 시기 및 절차, 그리고 매개변수에 따라 결과가 크게 달라 비교하기가 매우 어렵다. 따라서 비교 가능한 연구가 필요하다.

사람의 ES 세포에서 유래한 심근 세포를 기니피그에 이식하는 첫 번째 성공 사례는 2012년 8월에 보고되었다. 기니피그에 인위적으로 심장마비를 일으킨 후 세포 치료를 실시했고, 4주 후 심장의 수축력을 측정했다. 이식된 세포는 기존 세포와 동기화되어 수축했다. 향후 연구는 괴사된 조직 주변에 세포를 더 강력하게 생착시키는 방법에 초점을 맞추고 있다. ES 세포 유래 또는 성인 골수 줄기세포로부터의 치료가 효과적인지는 아직 밝혀지지 않았다.[153]

2013년에는 자가 골수 줄기세포가 환자의 심실 기능에 미치는 유익한 효과에 대한 선구적인 보고에 모순이 포함된 것으로 밝혀졌다. 전체적으로, 병원의 연구실에서 처리된 줄기세포 수보다 더 많은 환자가 줄기세포를 투여받았다고 발표되었다.[154][155]

줄기세포 치료의 가장 유망한 장점 중 하나는 심장 손상 후 심부전 발병의 근본 원인인 조직 손실을 회복시킬 수 있는 심장 조직 재생의 가능성이다.[156][157]

4. 3. 혈액 질환

90년 이상 동안, 조혈모 세포 이식(HSCT)은 백혈병과 림프종과 같은 질환을 앓는 사람들을 치료하는 데 사용되어 왔으며, 이는 널리 실행되는 유일한 형태의 줄기 세포 치료법이다.[5][6][7] 화학 요법 중에는 대부분의 성장 세포가 세포 독성 제제에 의해 사멸된다. 그러나 이러한 제제는 백혈병 또는 신생물 세포와 골수 내의 조혈 조혈모 세포를 구별할 수 없다. 이것이 줄기 세포 이식이 되돌리려는 기존 화학 요법 전략의 부작용이다. 기증자의 건강한 골수는 치료 중 숙주 체내에서 손실된 세포를 대체하기 위해 기능적 줄기 세포를 재도입한다. 이식된 세포는 또한 암세포를 제거하는 데 도움이 되는 면역 반응을 생성한다. 그러나 이 과정이 지나치게 진행되어 이 치료법의 가장 심각한 부작용인 이식편대숙주병을 유발할 수 있다.[8]

Prococvhymal이라는 또 다른 줄기 세포 치료법은 스테로이드에 반응하지 않는 어린이의 급성 이식편대숙주병 관리를 위해 2012년 캐나다에서 조건부 승인을 받았다.[9] 이는 성인 기증자의 골수에서 유래된 중간엽 줄기 세포(MSC)를 기반으로 하는 동종 줄기 세포 치료법이다. MSC는 골수에서 정제되어 배양 및 포장되며, 단일 기증자로부터 최대 10,000회 복용량이 파생된다. 복용량은 필요할 때까지 냉동 보관된다.[10]

미국 식품의약국(FDA)은 혈액 및 면역 질환 치료를 위해 제대혈에서 유래된 5가지 조혈모 세포 제품을 승인했다.[11]

인간 면역 세포 레퍼토리의 특이성은 인간의 신체가 빠르게 적응하는 항원으로부터 스스로를 방어할 수 있게 해준다. 그러나 면역 체계는 질병의 발병 시 악화되기 쉽고, 전반적인 방어에서 중요한 역할을 하기 때문에, 악화는 종종 전체 유기체에 치명적이다. 조혈 세포의 질병은 혈액병리학이라고 하는 병리학의 세부 전문 분야를 통해 진단하고 분류한다. 면역 세포의 특이성은 외래 항원을 인식하게 하여 면역 질환 치료에 추가적인 과제를 야기한다. 성공적인 이식을 위해 공여자와 수혜자 간에 동일한 일치가 더 이상 필요하지 않다. 오히려 이식 후 면역억제 요법의 개선을 감안할 때 반일치 이식이 수많은 이식을 촉진했다.[51] 조혈 성체 줄기 세포와 배아 줄기 세포를 모두 사용한 연구는 이러한 질병의 치료 메커니즘과 방법에 대한 통찰력을 제공했다.[52]

완전히 성숙한 인간 적혈구는 적혈구의 전구체인 조혈모세포(HSCs)에 의해 ''생체 외''에서 생성될 수 있다. 이 과정에서 HSC는 기질 세포와 함께 배양되어 적혈구의 자연적인 성장 부위인 골수의 조건을 모방하는 환경을 만든다. 조혈 촉진 인자인 성장 인자를 첨가하여 줄기 세포가 적혈구로 최종 분화를 완료하도록 유도한다.[53] 이 기술에 대한 추가 연구는 유전자 치료, 수혈 및 국소 의약품에 잠재적인 이점을 가질 것이다.

2019년 3월 5일, 네이처지에 줄기세포 치료로 에이즈 환자를 치료한 두 번째 사례가 발표되었다. 2007년 첫 사례인 베를린 환자가 나온 이후 12년 만이다. CCR5 유전자를 생성하지 않게 돌연변이가 된 조혈모세포를 에이즈 환자에 이식하자, HIV가 완전히 사라졌다. 18개월 후에 다시 검사해도 HIV가 검출되지 않았다. HIV에는 CCR5 외에 다른 유전자를 이용하는 종류도 있다. 현재의 두 임상 사례는 모두 CCR5를 감염 수단으로 쓰는 HIV에만 작동한다.[236]

4. 4. 안과 질환

2003년부터 연구자들은 시력 회복을 위해 각막 줄기세포를 손상된 눈에 이식하는 데 성공했다. 이때 각막 이식에 사용된 것은 낙태된 태아로부터 채취한 망막 세포 시트였다. 이러한 시트가 손상된 각막 위에 이식되면 줄기세포는 새로운 복구를 자극하여 최종적으로 시력을 회복시켰다[165]. 2005년 6월, 영국 서식스의 퀸 빅토리아 병원의 셰라즈 다야(Sheraz Daya)가 이끄는 연구팀은 환자, 친척 또는 시체로부터 얻은 성체 줄기세포를 사용하여 같은 기술로 40명의 환자의 시력을 회복시켰다. 추가적인 시험이 진행 중이다[166].

4. 5. 정형외과 질환

환자의 무릎에 주입되는 중간엽 줄기세포


성체 줄기세포에서 유래된 간엽 줄기 세포(MSC)는 뼈 및 근육 외상, 연골 손상, 골관절염, 추간판 수술, 회전근개 수술, 근골격계 질환 등 정형외과 질환 치료에 사용될 가능성에 대한 예비 연구가 2017년을 기준으로 진행되고 있었다.[64] 조직 공학 및 재생 의학도 MSC를 이용한 정형외과 연구 분야이다.[64]

정형외과 치료에 대한 임상 사례 보고도 이루어지고 있다. 현재까지 근골격계 치료 관련 연구는 대부분 중간엽 줄기 세포에 초점을 맞추고 있다. Centeno 등은 사람을 대상으로 한 임상 시험에서 연골 및 반월판 부피 증가에 대한 MRI 증거를 발표했다.[169][170] 3-4년 동안 227명의 환자군을 대상으로 실시한 연구에서는 중간엽 세포 이식이 안전하며 합병증도 적다고 발표되었으나, 다수의 피험자를 포함하는 시험 결과는 아직 발표되지 않았다.[171]

Wakitani는 연골 결손을 치료하기 위해 5명의 환자 무릎에 중간엽 줄기 세포를 외과적으로 이식한 결과를 발표했다.[172]

4. 6. 간 질환

간은 인체에서 해독을 포함한 필수적인 생물학적 기능을 수행하는 중요한 기관이다.[307] 간 기능에 이상이 생기면 간부전, 간경변, 암, 알코올성 간질환, 비알코올성 지방간, 자가면역 간 질환 등 다양한 질병이 발생할 수 있다. 간 이식이 효과적인 치료 방법이지만, 적합한 기증자를 찾기 어렵다. 최근에는 줄기세포를 이용한 치료법이 연구되고 있으며, 여기에는 HSC, MSC, hPSC 및 간 전구 세포 등이 활용된다.[307]

'''간부전(Liver failure)'''

간부전은 다양한 원인으로 인해 간 기능이 저하되는 상태로, 사망률이 높다. 줄기세포 치료는 간 재생 및 회복을 돕는 새로운 접근법으로 주목받고 있다.[307]

급성-만성 간부전(ACLF) 환자를 대상으로 한 연구에서 줄기세포 치료는 단기간 내에 효과를 보였지만, 효과를 지속시키기 위해서는 여러 번 투여해야 했다.[307] MSC 기반 치료는 간 기능을 개선했지만, 생존율 및 아미노전달효소 수치에는 큰 영향을 미치지 않았다.[307]

B형 간염 바이러스 관련 급성만성간부전 환자에게 골수 유래 MSCs (BM-MSCs)를 투여한 결과, 간 기능이 개선되고 심각한 감염이 감소했다는 연구 결과가 있다. 또한, 만성 간부전 환자를 대상으로 한 1상 임상시험에서 HSCs를 사용했을 때 혈청 빌리루빈 및 알부민 수치가 개선되었고, 특별한 부작용은 없었다.[307] 종합적으로 볼 때, 줄기세포 치료는 간 기능 개선에 효과가 있고 안전한 것으로 보이지만, 더 많은 연구가 필요하다.[307]

'''간경변증(Liver cirrhosis)'''

간경변증은 전 세계적으로 주요 사망 원인 중 하나이며, 간 질환의 말기 단계로 간 이식 외에는 치료 방법이 없어 사망에 이르게 되는 질환이다.[307] 줄기세포 치료, 특히 MSC를 이용한 치료가 간경변증 치료에 효과적인 결과를 보이며 잠재적인 치료법으로 떠오르고 있다.[307]

제대혈 중간엽줄기세포(UC-MSCs)를 사용한 임상 시험에서, 만성 B형 간염으로 인한 간경변증 환자들에게서 복수량이 감소하고 간 기능이 개선되는 결과가 나타났다.[307] HCV 유발 간경변증 환자를 대상으로 한 2상 임상 시험에서도 골수유래중간엽줄기세포(BM-MSCs)를 사용하여 비슷한 결과를 얻었다.[307]

B형 간염 및 알코올성 간경변증을 대상으로 한 임상 시험에서도 MSC 투여가 간 기능을 향상시킨다는 것이 확인되었다.[307] 하지만, BM-MSCs의 체계적 전달은 간경변증 환자에게 큰 효과를 보이지 않는다는 연구 결과도 있다.[307]

최근 카사이 수술 후 담관 폐쇄로 인한 간경변증을 가진 어린이를 대상으로 한 임상 시험에서는 골수 단핵세포(BMNC) 투여 후 간 기능이 개선되어 안전성과 타당성이 입증되었다.[307]

다른 연구에서도 골수 단핵세포 (BMNC) 투여가 간경변증 환자의 간 기능 개선에 효과가 있음을 보여주었다.[307] 또한, 말초 혈액 유래 줄기세포를 받은 환자들의 장기 생존율이 향상되었고, 간세포암 발생 위험은 증가하지 않았다.[307] 그러나 CD133+ 조혈모세포(HSC) 주입은 간경변증 환자의 간 상태를 개선시키지 못했다는 연구 결과도 있다.[307] 따라서 간경변증 치료를 위한 줄기세포 기반 치료는 아직 초기 단계이며, 더 많은 연구가 필요하다.[307]

'''비알코올성 지방간(Nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)'''

유전적 요인 및 생활 습관으로 인해 발생하는 가장 흔한 질환으로, 심각한 간 질환과 심혈관 질환 위험을 높인다.[307] NAFLD는 대부분의 환자가 장기간 증상을 느끼지 못해 '숨겨진 적'으로 불리며, 비알코올성 지방간염, 간경변, 간세포암으로 진행될 수 있다.[307]

임상 연구에서 줄기세포 투여가 NAFLD 모델에서 간 기능을 향상시킬 수 있다는 것이 밝혀졌지만, 사람을 대상으로 한 임상 시험은 제한적이다. 최근 일본에서 자가 지방 조직 유래 재생 세포를 사용한 임상 시험 결과, 환자들의 혈청 알부민 수치 및 프로트롬빈 활성이 향상되었고, 치료 관련 부작용은 없었다.[307]

'''자가면역간질환(Autoimmune liver disease, ALD)'''

전 세계적으로 어린이와 성인, 특히 여성에게서 많이 발생하는 심각한 간 질환이다. 바이러스 감염과 같은 자극이 간 자가항원에 대한 T세포 매개 자가면역 반응을 유발하여 발생한다.[307] ALD 환자들은 간경변, 간세포암으로 진행될 수 있으며, 심한 경우 사망할 수 있다.[307] 현재까지 HSCT와 골수 이식이 ALD 치료를 위한 임상 시험에서 치료 잠재력을 보이고 있다.[307]

부분일치 조혈모세포이식(haploidentical HSCT)이 혈구세포병을 가진 ALD 환자를 치료할 수 있다는 연구 결과가 있다.[307] 또 다른 사례에서는 ALD를 앓던 환자가 급성 림프구성 백혈병에 걸려 형제로부터 골수 이식을 받았는데, 이식을 위한 면역억제 요법이 환자의 ALD 치료에도 효과를 보였다.[307]

4. 7. 호흡기 질환

지난 10년 동안 대기 오염, 흡연, 인구 고령화, 그리고 최근 코로나19와 같은 호흡기 바이러스 감염으로 인해 호흡기 질환 발병이 크게 증가했다.[307] 기관지 폐형성이상 (BPD), 만성 폐쇄성 폐질환 (COPD), 급성 호흡 곤란 증후군 (ARDS)과 같은 호흡기 염증성 질환은 최근 어린이와 성인들 사이에서 세 가지 주요 폐 질환으로 꼽히고 있다.[307] 이러한 질환들은 일반적으로 염증 세포 침윤, 기포 구조의 파괴, 기포 액 청소 능력 감소, 사이토카인 분비 및 관련 사이토카인 폭풍, 기도 재구조화, 폐 섬유증 발생과 관련이 있다. 기존 치료법은 주로 증상 완화 및 질병 진행 방지에 초점을 맞추며, 인공호흡기, 항생제, 항염증 약물 등을 사용하지만, 손상된 기도, 기포 액 청소 및 염증 반응으로 인한 영향에는 한계가 있다.[307] ClinicalTrials.gov에 따르면, 2017년부터 현재까지 폐 질환 치료를 위해 중간엽 줄기세포(MSC)를 사용한 연구가 159건 있었으며, 이는 BPD, COPD, ARDS 등 폐 질환 치료에 MSC가 대안으로 사용될 수 있음을 보여준다.[307]

'''기관지 폐형성이상 (BPD)'''

BPD는 폐포 형성이 되기 이전, 즉 폐 성숙이 완전하지 않은 상태로 태어난 미숙아에게서 발생한다. 현재까지 세계적으로 베트남, 한국, 미국, 스페인, 호주, 중국 등에서 약 566명의 조산아를 대상으로 BPD 치료를 위해 탯줄 유래 줄기세포(UC-MSC)를 사용하는 13개의 임상시험이 진행되었다.[307] 이 임상시험들은 대부분 BPD 치료를 위해 탯줄(UC) 유래 줄기 세포를 사용하며, 안전성과 효과를 평가하는 1상 및 2상 시험에 초점을 맞추고 있다.[307] Chang 등은 탯줄 혈액에서 유래된 MSC를 사용하여 BPD 발생을 예방하기 위해 기도 내 투여 방식으로 9명의 조산아를 치료하는 1상 임상시험을 실시했다. 그 결과, 9명의 조산아는 모두 생존했으며, 그 중 3명만이 BPD를 앓았는데, 이는 과거 대조군과 비교했을 때 BPD의 심각도가 현저히 감소한 것이다.[307] 24개월 후 추적 연구에서 1명의 아이만 퇴원 후 E. cloacae 감염을 겪었고, 전신성 혈관응고증이 발생했지만 이는 후속 조치와 관련이 없는 것으로 밝혀졌다. 나머지 8명의 환자들은 정상적인 폐 발달과 기능을 유지하며 생존하여, 해당 치료법이 안전함을 시사한다.[307]

'''만성 폐쇄성 폐질환(COPD)'''

전 세계적으로 6500만 명 이상의 COPD 환자가 있으며, 세계 보건 기구(WHO)에 따르면 COPD는 2020년 전 세계 사망 원인 3위를 기록했다. COPD는 폐 기능이 점진적으로 감소하는 만성 염증성 및 파괴적 폐 질환으로 분류된다.[307]

Averyanov 등은 경증에서 중등도의 특발성 폐섬유증(IPF) 환자 20명을 대상으로 무작위 배정, 플라시보 대조군을 포함한 1/2a상 임상 연구를 수행했다. 치료군 환자들은 3개월마다 동종(allogeneic) MSC를 2회 정맥 내 주입받았다.[307] 13주, 26주, 39주, 52주에 평가를 시행했으며, 6분 보행 시험(6MWTD) 결과 13주부터 환자의 체력이 향상되어 52주까지 유지되었다.[307] 치료받은 그룹에서는 치료 전후 폐 기능 지표가 현저히 개선되었지만, 플라시보 그룹에서는 유의한 변화가 없었다.[307]

4. 8. 소화기 질환

염증성 장 질환(IBD)은 크론병(CD)과 궤양성 대장염의 두 가지 주요 형태로 나타나며, 의료 시스템에 큰 부담을 주는 질환이다.[307]

크론병 치료에서 세포 치료는 혈액 줄기세포(HSC) 기반 치료와 중간엽 줄기세포(MSC) 기반 치료로 나눌 수 있다. IBD 치료를 위해 HSC 사용을 권장하고 제안한 국제 위원회의 중요한 기준은 다음과 같다.[307]

기준
면역억제 치료에 반응이 없는 경우
내시경, 대장경 또는 자기 공명장 내시경을 통해 질병 상태의 지속성이 나타나는 경우
곧 수술을 받아야 하는 환자로서 단기 장 증후군이나 재발성 대장질환 위험이 높은 경우
병변을 치료하기 위해 융모 이식을 통한 대장직장 절제술이 거부되는 환자


4. 9. 기타 질환



줄기세포는 여러 질환의 치료에 사용될 가능성이 있어 활발히 연구되고 있다.

제1형 당뇨병 환자는 췌장 내에서 인슐린을 생성하는 베타 세포의 기능을 상실한다. 2007년에 발표된 실험에서 과학자들은 배아 줄기 세포가 실험실에서 베타 세포로 전환되도록 유도할 수 있었다. 이론적으로 베타 세포가 성공적으로 이식되면 당뇨병 환자의 기능 장애를 대체할 수 있을 것이다.[305] 그러나 줄기세포 치료에는 높은 포도당 농도로 인한 부작용이 존재한다.[306]

뇌졸중과 외상성 뇌손상은 뇌에서 뉴런과 희소돌기신경교의 손실을 특징으로하는 세포 사멸을 초래한다. 척수 손상의 경우 줄기세포의 사용에 대한 임상 및 동물 연구가 여럿 수행되었다.

줄기세포는 인간 조직의 성장을 자극하는데 사용될 수 있다. 성인이 된 후, 상처 입은 조직은 피부에서 조직화 된 콜라겐 구조, 모낭의 손실 및 불규칙한 혈관 구조로 특징 지어지는 흉터 조직으로 가장 자주 대체된다. 그러나 태아 조직의 경우, 상처를 입은 조직은 줄기세포의 활동을 통해 정상 조직으로 대체된다. 성인에서 조직 재생을 위해 사용 가능한 방법은 성인 줄기세포를 상처 층의 조직 층 내에 위치시키고 줄기세포가 조직 층 세포로의 분화를 자극하게 하는 것이다. 이 방법은 성인 흉터 조직 형성보다 태아 상처 치유와 더 유사한 재생 반응을 이끌낸다.

  • '''노쇠 증후군'''[302]


2017년, 노화로 인해 허약함이 있는 60세 이상을 대상으로 한 소규모 연구에서는 건강한 젊은 기증자의 중간엽 줄기 세포(MSC)를 정맥을 통해 주사 맞은 후 신체적 성능이 크게 개선 된 것으로 나타났다. MSC는 염증을 감소시켜 허약함을 개선시키는 데 도움을 준다.

인간 면역 결핍 바이러스(HIV)에 의한 면역계의 파괴는 말초 혈액 및 림프 조직에서 CD4+ T 세포의 손실에 의해 유발된다. CD4+ 세포로의 바이러스 진입은 케모카인 수용체와의 상호 작용에 의해 매개되며, 가장 흔한 것은 CCR5 및 CXCR4이다. 바이러스 복제는 세포 유전자 발현 과정을 필요로 하기 때문에, 활성화된 CD4+ 세포는 HIV 감염의 주요 표적이다. 최근에 과학자들은 자가 유전자 변형(HIV-1- 내성)조혈 줄기 및 전구 세포의 이식을 통한 질병 내성 면역 시스템의 생성을 기반으로 HIV-1 / AIDS 치료에 대한 접근 방법을 연구하고 있다.

2004년 킹스 칼리지 런던(King's College London)의 과학자들은 쥐에서 완전한 치아를 재생하는 방법을 발견했으며, 실험실에서 생체 공학적으로 만들어진 치아를 만들었다. 연구자들은 치아 재생 기술을 사용하여 사람의 치아를 키울 수 있다고 확신한다. 이론적으로, 환자로부터 확보한 줄기세포는 잇몸에 이식되면 새로운 치아가 생겨 3 주에 걸쳐 성장할 것으로 예상 된다. 이식된 줄기세포는 턱뼈와 융합하고 신경과 혈관이 연결되도록하는 화학 물질을 방출한다. 이 과정은 원래의 치아가 자랄 때 일어나는 현상과 유사하다. 그러나 줄기세포가 미래에 빠진 치아를 대체 하기 위한 선택이 되기 전에 많은 한계가 남아 있다.

Heller는 배아 줄기세포를 이용하여 달팽이관 유모 세포를 다시 성장시키는 데 성공 했다고 보고 했다. 청력 재생 및 재생 의학을 살펴본 2019년 리뷰에서 줄기 세포 유래 귀 전구 세포는 청력을 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여줬다.

5. 수의학에서의 줄기세포 치료

사람뿐만 아니라 대형 동물(말, 개, 고양이 등)에서도 줄기세포 치료법이 개발되어, 심근 경색, 뇌졸중, 힘줄 및 인대 손상, 골관절염, 골연골증, 근이영양증 등 다양한 질병 및 부상 치료에 적용 가능성이 연구되고 있다.[318][319][320][321] 특히 경주마는 특정 부상 빈도와 심각도가 높아 수의학이 재생 의학 접근법의 최전선에 서게 되었으며,[322] 반려동물은 인간 질병을 유사하게 모방하는 임상 모델 역할을 한다.[323][324]

줄기세포는 다음 5가지 주요 메커니즘을 통해 치료 효과를 나타낸다.[189][190]

# 항염증 효과

# 손상 조직으로 이동, 다른 세포(예: 내피 전구 세포)를 불러 조직 증식 유도

# 조직 리모델링 지원

# 세포 자멸사 억제

# 뼈, 연골, 힘줄, 인대 조직으로 분화

줄기세포는 표면에 MHC 분자 수가 적어 면역원성이 낮고,[191][192] 면역 반응 조절 및 새로운 조직 관용을 촉진하는 케모카인을 분비하여 동종 이계 이식 치료 시 거부 반응을 줄일 수 있다.[193]

5. 1. 다양한 질환 치료

파킨슨병, 근위축성 측삭 경화증(ALS), 알츠하이머병과 같은 뇌 퇴행성 질환 동물 모델에서 줄기세포의 효과에 대한 연구가 진행되었다.[268][269][270] 다발성 경화증과 관련된 사전 연구도 있다.[271][272][273] 건강한 성인 뇌에는 신경 줄기세포가 존재하며, 이 줄기세포는 일반적인 줄기세포 수를 유지하기 위해 분열하거나 전구 세포가 된다. 전구 세포는 뇌 내에서 이동하여 주로 후각을 위한 뉴런 집단을 유지하는 기능을 한다. 내인성 신경 줄기세포의 약리학적 활성화는 신경계 장애를 가진 쥐 모델에서 신경 보호 및 행동 회복을 유도하는 것으로 보고되었다.[274][275][276]

심장에서는 성체 줄기세포 치료법이 여러 임상 시험 중이며, 일부 연구에서 실제로 안전하고 효과적이라는 증거가 보고되고 있다.[288][289][290][291] 일부 임상 시험에서는 골수 줄기세포 요법을 사용한 후 심장 기능이 완만하게 개선된 사례가 있다.[292] 심근 경색 치료를 위한 줄기세포 요법은 일반적으로 자가 골수 줄기세포를 사용하지만, 지방 유래 줄기세포와 같은 다른 유형의 성체 줄기세포가 사용될 수 있다.[293][294]

가능한 회복 메커니즘은 다음과 같다.

  • 심장 근육 세포의 생성
  • 새로운 혈관 성장 촉진
  • 성장 인자 분비


성체 줄기세포로부터 유래된 중간엽 줄기세포(MSC)는 특히 뼈 및 근육 외상, 연골 복구, 골관절염, 추간판 수술, 회전근개 수술 및 근골격계 장애에서 외과적 적용에 대한 연구가 진행되고 있다.[299]

사람뿐만 아니라 대형 동물(말, 개, 고양이)에서도 심근 경색, 뇌졸중, 힘줄 및 인대 손상, 골관절염, 골연골증, 근이영양증과 같은 광범위한 부상 및 질병을 표적으로 삼을 수 있는 수의학 분야의 줄기세포 치료법이 개발되었다.[318][319][320][321] 세포 기반 치료법에 대한 연구는 일반적으로 인간의 의학적 요구를 반영하지만, 경주마의 특정 부상의 빈도와 심각도가 높기 때문에 수의학이 이 새로운 재생 접근법의 최전선에 서게 되었다.[322] 반려동물은 인간의 질병을 밀접하게 모방하는 임상적으로 관련된 모델 역할을 할 수 있다.[323][324]
수의학 줄기세포의 출처조직 재생의 방법으로 줄기세포 치료를 수의학에 적용하는 것은 뼈, 연골, 인대 및 힘줄에 영향을 미치는 부상이나 결함이 있는 동물을 치료하기 위해 성체 유래 중간엽 줄기세포를 사용하여 시작된 연구에 의해 크게 형성되었다. 치료에 사용되는 줄기세포에는 두 가지 주요 범주가 있다.[325][326][327] 동일한 종 내에서[328][329] 유전적으로 다른 기증자로부터 파생된 동종 줄기세포와 다양한 치료에 사용되기 전에 환자로부터 파생된 자가 중간엽 줄기세포이다.[330] 세 번째 범주인 이종 줄기세포 또는 다른 종에서 파생된 줄기세포는 주로 연구 목적, 특히 인간 치료에 사용된다.[331]
뼈의 재생뼈는 일반적으로 골절 및 기타 일반적인 부상을 치료하기에 충분한 자연 치유 과정을 가지고 있다. 심각한 외상으로 인해 파손이나 골암의 종양 절제와 같은 치료는 자연 치유로만 방치할 경우 부적절한 상태가 되기 쉽다. 천연 및 인공 성분으로 구성된 지지체(scaffold)에 중간엽 줄기세포를 심고 결함 부위에 배치한다. 지지대를 배치한 지 4주 이내에 새로 형성된 뼈가 기존 뼈와 통합되기 시작하고 32주 이내에 완전한 결합이 이루어진다.[332] 골절 치료를 위한 세포 기반 치료제의 사용을 완전히 특성화하려면 추가 연구가 필요하다.

줄기세포는 개의 퇴행성 뼈 질환을 치료하는 데 사용되어 왔다. 레그-칼베-페르테스병이 있는 개에게 일반적으로 권장되는 치료법은 퇴화가 진행된 후 대퇴골두를 제거하는 것이다. 최근에는 간엽 줄기세포를 대퇴골두에 직접 주입하여 뼈 재생뿐만 아니라 통증 감소에도 성공하고 있다.[333]
인대 및 힘줄 치료인대 손상, 힘줄 손상, 골관절염, 골연골증 및 연골하 뼈 낭종에 대한 자가 줄기세포 기반 치료법은 미국에서는 2003년부터, 영국에서는 2006년부터 말을 치료하기 위해 실무 수의사에게 상업적으로 이용 가능해졌다. 개의 힘줄 손상, 인대 손상 및 골관절염에 대한 자가 줄기세포 기반 치료법은 2005년부터 미국 수의사에게 제공되었다. 3000마리 이상의 개인 소유 말과 개가 자가 지방 유래 줄기세포로 치료를 받았다. 이러한 치료법의 효능은 엉덩이와 팔꿈치의 골관절염이 있는 개와 힘줄이 손상된 말을 대상으로 한 이중 맹검 임상 시험에서 나타났다.[334][335]

경주마는 특히 힘줄과 인대 부상에 취약하다. 기존의 치료법은 말이 완전한 기능을 발휘할 수 있도록 되돌리는 데 실패했었다. 기존 치료법에 따른 자연 치유는 섬유성 흉터 조직을 형성하여 유연성과 완전한 관절 움직임을 감소시킨다. 전통적인 치료법은 많은 수의 말이 완전한 활동으로 복귀하는 것을 방해했으며 상처난 힘줄의 뻣뻣한 특성으로 인해 재부상 발생률이 높았다. 자연적인 기계적 자극과 함께 골수 및 지방 유래 줄기세포를 도입하면 힘줄 조직의 재생이 촉진된다. 자연스러운 움직임은 새로운 섬유와 힘줄의 정렬을 손상되지 않은 힘줄에서 발견되는 자연스러운 정렬과 함께 촉진했다. 줄기세포 치료는 더 많은 말이 완전한 임무로 복귀할 수 있게 했을 뿐만 아니라 3년 동안 재부상률도 크게 감소시켰다.[336]

배아 줄기세포의 사용은 힘줄 복구에도 적용되었다. 배아 줄기세포는 힘줄에서 더 나은 생존율을 가질 뿐만 아니라 손상된 힘줄의 모든 영역에 도달하는 더 나은 이동 능력을 갖는 것으로 나타났다. 힘줄 구조와 콜라겐이 더 잘 형성되어 전반적인 치료 효과가 더 높아졌다. 3개월의 실험 기간 동안 종양 형성도 관찰되지 않았다.[337] 배아 줄기세포의 장기적인 효능과 위험성을 알아보기 위해서는 장기적인 연구가 필요하다. 작은 동물에서도 비슷한 결과가 발견되었다.[338]
관절 복구(Joint repair)골관절염은 동물과 인간 모두에서 관절통의 주요 원인이다. 말과 개는 관절염에 가장 영향을 받는다. 자연적인 연골 재생은 매우 제한적이다. 최적의 세포 유형과 장기 치료 방법을 찾기 위해 다양한 유형의 중간엽 줄기세포와 기타 첨가제가 계속 연구되고 있다.[339]

지방 유래 중간엽 줄기세포는 비침습적 채취가 가능하기 때문에 현재 골관절염의 줄기세포 치료에 가장 많이 사용된다. 이는 보다 쉬운 임상 사용을 위해 개발된 최근 개발된 기술이다. 이 치료를 받은 개는 관절의 유연성이 향상되고 통증이 줄어드는 것으로 나타났다.[340]
근육 복구(Muscle repair)줄기세포는 개의 심근 경색 후 심장 치유를 개선하는 데 성공적으로 사용되었다. 지방 및 골수 유래 줄기세포를 적용한 지 4주 후에 수축력이 향상되고 손상 부위가 감소한 것으로 나타났다.[341]

2007년에는 심장 결함의 조직 재생을 유도하기 위해 줄기세포를 "seeded”한 다공성 물질로 만든 패치에 대한 실험이 진행 중이었다. 조직이 재생되었고 패치가 심장 조직에 잘 통합되었다. 이는 부분적으로 혈관 신생의 개선과 염증의 감소에 기인하는 것으로 생각된다. 심근세포는 중간엽 줄기세포로부터 생산되었으나 수축성이 있는 것으로 보이지는 않았고 이식 전 세포의 심장 운명을 유도하는 다른 치료법은 수축성 심장 조직을 생성하는 데 더 큰 성공을 거두었다.[342]

유럽 nTRACK 연구 프로젝트와 같은 2018년 연구는 다중 모드 나노입자가 근육 재생 치료에서 줄기 세포를 구조적 및 기능적으로 추적할 수 있음을 입증하는 것을 목표로 한다. 아이디어는 흡수, 기능성 및 안전성이 완전히 특성화된 금 나노 입자로 줄기 세포를 라벨링하는 것이다. 표지된 줄기 세포는 손상된 근육에 주입되고 영상 시스템을 사용하여 추적된다.[343] 그러나 시스템은 여전히 실험실 규모에서 시연되어야 한다.
신경계 회복척수 부상은 동물병원에 입원하는 가장 흔한 외상 중 하나이다.[344] 척추 부상은 외상 후 두 가지 방식으로 발생한다. 1차 기계적 손상과 외상 후 며칠 동안 염증 및 흉터 형성과 같은 2차 과정에서 발생한다. 2차 손상 반응에 관여하는 이들 세포는 흉터 형성을 촉진하고 세포 재생을 억제하는 인자를 분비한다. 신경세포로 유도한 중간엽 줄기세포를 다공성 지지체에 적재한 후 손상 부위에 이식한다. 세포와 지지체는 흉터 형성 세포에서 분비되는 물질에 대응하고 신경 재생을 촉진하는 인자를 분비한다. 8주 후, 줄기세포로 치료받은 개들은 기존 치료법으로 치료받은 개들에 비해 엄청난 개선을 보였다. 줄기세포로 치료받은 개는 때때로 자신의 체중을 지탱할 수 있었는데, 이는 기존 치료법을 받는 개에서는 볼 수 없던 현상이다.[345][346][347]

레이저로 활성화 된 non-expanded 지방 유래 줄기세포를 사용하여 개에서 실험적으로 유도된 다발성 경화증(MS)의 치료를 평가하기 위한 연구 결과, 시간이 지남에 따라 임상 징후가 개선되고 MRI에서 이전 병변이 해소되는 것이 확인되었다. 병변 부위로 주입된 세포의 긍정적인 이동, Myelin Basic Proteins에 의해 감지된 재수초화의 증가, Olig2 양성 희돌기아교세포로의 긍정적인 분화, 신경교 흉터 형성을 방지하고 축삭 구조를 복원했다.[348]

말초 신경을 복구하고 재생하기 위한 치료법도 임상 시험 중에 있다. 말초 신경은 손상될 가능성이 더 높지만 손상의 영향은 척수 손상에서 나타나는 것처럼 광범위하지 않다. 현재 절단된 신경을 복구하기 위한 치료법이 임상 시험 중이며 조기에 성공하고 있다. 신경 운명을 유도한 줄기세포를 절단된 신경에 주입한다. 4주 이내에 이전에 손상되었던 줄기세포의 재생과 완전히 형성된 신경 다발이 관찰되었다.

줄기세포는 안과 치료를 위한 임상 단계에도 있다. 조혈 줄기세포는 여러 말의 다양한 기원의 각막 궤양을 치료하는 데 사용되었다. 이러한 궤양은 기존 치료법에 내성이 있었지만 줄기세포 치료에는 신속하게 긍정적인 반응을 보였다. 줄기세포는 또한 망막 박리가 있는 말의 한쪽 눈의 시력을 회복시켜 말이 일상 활동으로 돌아갈 수 있도록 했다.

5. 2. 보존 노력

줄기세포는 보존 노력을 위해 연구되고 있다. 쥐에서 정원줄기세포를 채취하여 쥐 숙주에 이식한 결과, 생존 가능한 자손을 생산할 수 있는 완전 성숙 정자가 생성되었다. 현재 기증된 정원줄기세포를 이식할 적절한 숙주를 찾는 연구가 진행 중이다. 이 방법이 보존학자들에게 실현 가능한 선택지가 된다면, 성적으로 성숙하기 전에 죽은 유전적으로 우수한 개체로부터 정자를 생산하여, 그렇지 않으면 사라질 혈통을 보존할 수 있게 된다.[351]

6. 줄기세포 치료의 윤리적, 사회적 문제

인간 배아 줄기세포(hESC) 사용은 윤리적 논란의 대상이다. 새로운 hESC 세포주를 만들기 위해서는 인간 배아를 파괴해야 하는데, 이는 철학적, 도덕적, 종교적 반대에 부딪힌다.[264] 하지만 성체 줄기세포, 양수 줄기세포, 유도만능줄기세포(iPSC) 등 인간 배아 파괴를 수반하지 않는 줄기세포 연구도 있다.

1990년대 후반과 2000년대 초반, 줄기세포 치료를 제공하는 회사와 진료소가 등장했지만, 이들은 건강 관련 주장을 입증하거나 규제 승인을 받지 않았다.[352] 2012년에는 의료 규제가 덜 엄격한 개발도상국을 중심으로 줄기세포 치료를 제공하는 회사와 진료소가 등장했다.[353][354] 이들은 주로 미국, 멕시코, 태국, 인도, 남아프리카공화국의 클리닉을 통해 근거 없는 주장을 펼쳤다.[353][354] 2016년에는 미국에만 550개 이상의 줄기세포 클리닉이 다양한 질병에 대해 입증되지 않은 치료법을 판매하고 있는 것으로 나타났다.[355]

줄기세포 치료 비용은 클리닉, 질환, 세포 유형에 따라 다르지만, 일반적으로 10000USD에서 20000USD 사이이다.[357] 보험 적용이 되지 않아 환자들은 온라인 모금 활동을 이용하기도 한다.[358] 2018년 미국 연방거래위원회(FTC)는 줄기세포 치료에 대해 근거 없는 주장을 한 의료 센터와 의사에게 약 500000USD의 환불 조치를 내렸다.[359] 미국 식품의약국(FDA)은 비슷한 시기에 두 줄기세포 클리닉 회사를 상대로 소송을 제기하여 승인되지 않은 지방 줄기세포 제품 마케팅 및 사용에 대한 영구 금지 명령을 구했다.[360]

2020년에는 코로나19 팬데믹 상황에서 일부 줄기세포 클리닉이 입증되지 않았거나 FDA 승인을 받지 않은 줄기세포와 엑소좀을 코로나19 치료제로 마케팅하기 시작했다.[362] 미국 국립보건원(NIH)은 코로나19에 대한 줄기세포 치료법이 승인되지 않았으며, 중간엽 줄기세포(MSC) 사용을 권장하지 않는다고 밝혔다.[361] FDA와 FTC는 이러한 허위·과장 광고에 대해 즉각적인 조치를 취했다.[363][364][365][366]

7. 줄기세포 치료의 한계와 과제

줄기세포 치료는 여러 질병 치료에 대한 잠재력을 가지고 있지만, 아직 해결해야 할 과제들이 많다.

우선, 냉동 보관 후 해동된 중간엽 줄기세포(MSC)는 기능이 저하될 수 있다는 연구 결과가 있다. 해동 직후의 중간엽 줄기세포를 사용한 임상시험은 신선한 중간엽 줄기세포를 사용한 경우보다 효과가 떨어지는 경향을 보였다.[267] 따라서 냉동 보관된 중간엽 줄기세포를 사용하기 전에 세포 기능을 회복시키는 과정이 필요하다.

또한, 줄기세포 치료의 효과와 안전성에 대한 논란도 존재한다. 2013년에는 심실 기능에 대한 자가 골수 줄기세포 연구에서 수백 가지의 불일치가 발견되었다는 보고가 있었다.[308] 일부 보고서에서는 동일한 임상시험에 대해 서로 다른 결과를 제시하거나, 실제보다 더 많은 환자가 줄기세포 치료를 받은 것처럼 보고하는 등 문제점이 지적되었다.[309]

2014년에 발표된 메타 분석 연구에서는 줄기세포 치료의 효과가 과장되었을 가능성이 제기되었다.[310] 불일치 수가 많은 연구일수록 치료 효과가 더 크게 나타나는 경향이 있었으며, 일부 연구에서는 줄기세포 치료가 심장 기능 개선에 유의미한 효과를 보이지 않는다는 결론을 내리기도 했다.[311]

2018년의 TIME 시험과 BOOST-2 시험 결과는 심근경색 환자에게 골수 단핵 세포를 투여해도 좌심실 기능이 개선되지 않음을 보여주었다.[312] 이는 줄기세포 치료가 모든 환자에게 효과적인 것은 아닐 수 있음을 시사한다.

줄기세포 치료의 부작용 사례도 보고되고 있다. 2021년 미국에서는 제대혈 유래 줄기세포 치료를 받은 환자들이 심각한 감염을 겪었으며,[316] 2023년에는 멕시코에서 줄기세포 치료를 받은 여성이 뇌수막염에 감염된 사례가 보고되었다.[317]

이러한 문제점들 외에도, 중간엽 줄기세포(MSC) 기반 치료의 경우 주입 후 세포의 운명, 특히 동종 세포의 장기 생존과 관련된 과제가 남아있다.[307] 주입된 중간엽 줄기세포는 대부분 폐에 갇히고 빠르게 제거되며, 혈전증 발생 위험도 제기되고 있다.[307]

결론적으로, 줄기세포 치료는 아직 연구 단계에 있으며, 안전성과 유효성을 확보하고 장기적인 효과를 추적하는 등 해결해야 할 과제가 많다. 과학적 근거에 기반한 연구와 신중한 임상 적용이 필요하다.

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