◎줄기세포, 가능성과 현실 사이의 거리

LG경제연구원 '줄기세포, 가능성과 현실 사이의 거리'

요즈음 여기저기서 ‘줄기세포’라는 단어를 손쉽게 발견할 수 있다. 줄기세포 성형, 줄기세포 화장품, 줄기세포 식품까지… 우리는 수년 전 줄기세포 연구에 대해 크게 실망한 경험이 있다. 그 이후 줄기세포 연구가 비약적인 발전을 한 결과일까? 줄기세포 연구와 기술의 상용화가 실제로 어디까지 와 있는지 살펴본다. 
  
갑자기 많아진 줄기세포 제품들 

줄기세포에 대한 대중의 높은 관심은 줄기세포가 가진 잠재력이 무궁무진하다는 데서 출발하고 있다. 현재의 의료기술로는 치료가 불가능한 난치병, 예를 들면 중풍이나 척수손상과 같은 질병의 치료에서 줄기세포가 핵심적인 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 그러나 이러한 목표가 실현되기 위해서는 과거에 기대했던 것과는 달리 오랜 시간이 걸릴 것으로 예측된다. 

우리나라 식품의약품안전처에서 공식 승인한 치료제가 있긴 하지만, 아직 제한된 환자들에게 제한된 요법으로 적용할 수 있는 수준이며, 미국 등 해외에서도 승인된 제품도 극소수에 그친다. 이처럼 치료제의 경우 규제기관을 통해 실제 안전성과 유효성이 검증된 제품은 몇 개 되지 않지만, 최근 특정 업체가 식약처 허가를 받지 않은 제품으로 국외 시술을 알선하는 등의 물의를 일으키기도 하였다. 이 업체는 국내에서 식약처 허가를 받지 않은 제품으로 합법적인 시술이 불가능해지자 치료를 원하는 일부 환자를 중국, 미국, 일본 등으로 데려가 시술을 받도록 한 것이다. 이에 보건복지부에서는 국내에서 허가받지 않은 치료제로 외국에서 시술하는 사례가 더 이상 발생하지 않도록 주의시키는 조치를 취하였다. 

이처럼 치료제 개발 분야에서는 상당히 조심스러운 접근을 이어 나가는 상황이지만, 미용·성형이나 건강관리 분야 등에서 ‘줄기세포’를 활용하는 사례가 늘고 있다. 화장품의 경우 이미 3~4년 전부터 글로벌 업체뿐 아니라 국내 업체들도 줄기세포를 활용한 신제품을 출시하는 등 줄기세포를 새로운 안티에이징 소재로 주목해 왔다. 그러나 줄기세포 화장품은 줄기세포 자체를 소재로 이용했다기보다는 줄기세포 배양 과정에서 세포 외로 배출되는 특정 성분 등 배양액을 활용한 제품이다. 많은 업체들이 이제는 ‘배양액’ 등 관련 성분을 있는 그대로 제시하고, 식약처에서 규제하는 과장 광고를 주의하려는 움직임이 있다. 성형수술, 탈모치료, 임플란트 등에서 내세우는 줄기세포 시술들은 아직 그 안전성과 효능이 명확히 규명되지 않은 것이 대부분으로, 오염된 세포 이식에 의한 염증 등 많은 부작용이 문제시되고 있는 형편이다. 줄기세포 식품 또한 학계에서 보고된 연구 결과가 없는 것으로 알려지고 있다. 

많은 사람들이 기대와 희망을 가지고 있는 줄기세포 연구는 실제 어느 수준으로 와 있는지 살펴본다. 

줄기세포의 기본 개념과 최근 연구 동향 

줄기세포는 일반 세포와 달리 스스로 복제를 통해 증식할 수 있고, 신경·근육·연골 등 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있는 특징을 갖고 있다. 흔히 줄기세포가 엄청난 잠재력을 지니고 있다고 하는데, 기존의 전통적인 치료법이 질병의 증상을 완화시키는 데 주력하는 반면 줄기세포는 질병의 근본적인 원인을 직접적으로 치료하는 능력을 가졌기 때문이다. 따라서 질병과 노화로 손상된 세포와 조직, 장기를 복원하는 ‘재생의학’에 있어 줄기세포가 핵심적인 역할을 할 것으로 기대하는 것이다. 

줄기세포는 우선 자신의 몸에서 얻는지, 타인으로부터 얻는지에 따라 자가, 타가(동종)로 구분되고, 골수·혈액·지방 등 인체의 특정 부위나 제대혈·태반으로부터 추출하는 성체줄기세포와, 임신한 여성의 수정란(착상 전 배아조직)에서 추출하는 배아줄기세포로 크게 구분된다. 

배아줄기세포는 성체줄기세포에 비해 보다 다양한 장기로 분화할 수 있는 능력이 있어 주목을 받았지만, 하나의 생명으로 분화될 수 있는 수정란을 연구에 사용하는 점 등으로 인해 생명윤리 논쟁을 크게 불러일으켰다. 2005년 크게 논란이 되었던 황우석 박사의 줄기세포는 배아줄기세포 연구였다. 배아줄기세포는 이런 문제점 이외에도 성체줄기세포에 비해 연구의 난이도가 높고 성공 확률이 낮다. 따라서 지난 수 년 간 연구자들은 상대적으로 윤리 논란에서 자유롭고, 쉽게 재료를 확보할 수 있으며, 부작용도 적은 성체줄기세포 연구에 집중하는 경향을 보였다. 

최근에는 2012년 노벨 생리의학상을 수상한 유도만능줄기세포(iPS세포, Induced Pluripotent Stem Cell)가 각광받고 있다. iPS세포는 분화의 메커니즘을 거꾸로 돌렸다고 해서 역분화 줄기세포라고도 하는데, 체세포에 인위적인 자극을 주어 분화 이전의 단계로 되돌려 만능 줄기세포로 만들어내는 방법이다(<그림 1> 참조). iPS세포는 배아줄기세포와 같이 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 능력을 가지지만, 자가 세포를 이용하므로 이식거부반응을 줄일 수 있고, 난자나 배아를 이용하지 않아 윤리적 문제도 발생하지 않는 장점을 지닌다. 환자의 치료제로 쓰이기 위해서 iPS세포는 아직 해결할 점이 많지만, 그 잠재력을 높이 평가받아 줄기세포 연구로는 최초로 노벨상이 수여되었다. 

또한 줄기세포 치료는 이식수술 등으로 이루어지므로 이식 시 환자의 거부반응을 최소화시킬 수 있는 생체소재 및 조직공학 기술의 도움이 필요하다. 콜라겐이나 히알루론산 등 생체소재(생체재료)는 질병 치료 및 손상된 조직을 복원시키는 데 사용되며, 조직공학은 생체소재와 줄기세포를 결합하여 배양한 후 인체 조직이나 장기로 만들어내는 기술이다. 그러나 높은 수요에도 불구하고 생체소재, 조직공학 기술 또한 아직 개발의 속도는 더딘 것으로 나타나고 있다. 
  
줄기세포에 거는 기대 

학술지 Nature는 2013년의 기대되는 연구 성과로 인간배아줄기세포를 이용한 실명증(失明症) 치료제 임상 연구를 맨 먼저 꼽았다. 그리고 수 년 안에는 FDA에서 승인하는 성체줄기세포 유래 신약이 첫 선을 보일 것으로 예측되고 있다. 향후 10~20년 사이에는 다양한 질환 영역에 걸쳐 줄기세포 치료제의 상업화가 이루어지면서 의료 산업에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대되고 있다. 
  
● 치료제 분야 

줄기세포 연구의 결과물을 의약품(치료제)으로 볼 것이냐 일반 시술로 볼 것이냐에 대해서는 예전부터 논란이 있어 왔다. 그러나 체외에서 조작, 배양된 세포를 이용하는 방법인 경우에는 세포치료제제, 즉 바이오의약품으로 분류하여 동일한 기준을 적용하면 된다는 의견이 우세하다. 환자의 몸에서 줄기세포를 추출하여 체외에서 배양 과정을 거치지 않는, 일반 줄기세포 시술은 조혈모세포 이식을 통한 백혈병·면역결핍질환 치료, 자가줄기세포 이식을 통한 무릎 연골재생 치료 등에 주로 활용되고 있다. 

현재 임상시험에서 연구되고 있는 분야는 심혈관질환(심근경색, 혈관신생), 당뇨, 신경질환(뇌졸중, 알츠하이머병, 파킨슨병, 척수손상) 분야를 비롯, 암(뇌종양, 백혈병, 혈액암), 정형외과질환(퇴행성관절염, 연골재생), 안과질환(망막손상으로 인한 실명증), 염증질환(크론병)까지 매우 다양하다. 분야 별로 볼 때 개발이 이루어지는 속도는 기술·제품 별로 차이가 있을 것이나 대체로 염증질환 - 심혈관질환 - 퇴행성관절염 - 신경질환의 순서가 될 것으로 예상하고 있다. 특히 근본적인 치료법이 없는 알츠하이머병·파킨슨병 등 뇌신경질환의 경우 줄기세포를 이용하여 혁신적인 치료 방법을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 현재 환자 자신의 골수나 지방 혹은 제대혈로부터 추출한 줄기세포를 신경줄기세포로 분화·이식하여, 이식된 줄기세포에서 분비하는 단백질들이 뇌세포(뉴론세포)의 사멸을 억제하는 효과를 얻을 수 있다는 임상 결과들이 발표되고 있다. 심혈관질환 분야에서는 심근경색증으로 심혈관 일부가 손상된 환자에게 줄기세포로 분화시킨 심근세포를 이식하는 연구가 진행 중이다. 

이처럼 임상시험 중인 분야만 보더라도 현재의 의료기술로는 완치가 어렵거나 치료법이 없고, 오랜 기간 동안 환자의 고통이 뒤따르는 만성질환 등이 많아 제품 개발에 성공한다면 그 파급 효과는 매우 클 것으로 전망되고 있다. 
  
● 신약개발 임상시험 분야 

치료제 개발 이외에도 줄기세포는 신약개발 과정에서 후보물질 탐색 등 연구 목적으로 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 의약품의 임상시험에는 일반적으로 10년이 넘는 개발 기간과 막대한 비용이 소요되는데, 줄기세포에서 분화된 세포·조직 등을 이용한다면 좀더 신속하고 용이한 방법으로 약물의 안전성과 효능을 테스트할 수 있게 된다. 이미 대형 제약 기업에서 줄기세포 모델을 활용하려는 시도를 하고 있다. 2012년 Pfizer, Sanofi, Roche는 Oxford 대학과 함께 난치병 치료제 임상 연구를 위한 줄기세포 은행을 구축하는 데 약 7천만 달러를 투자하기로 하였다. 여기서 확보된 줄기세포주는 주로 말초신경질환, 치매, 정신분열 등 중추신경계 질환과 당뇨 등의 치료제 개발에서 독성 및 효능 연구를 위해 사용될 예정이다. 
치료제 개발뿐만 아니라 임상시험 분야에서도 iPS세포의 활용이 늘어나는 추세이다. 예를 들면 난치성 질환의 치료제를 개발할 때, 후보 약물 여러 개를 iPS세포에서 분화시킨 세포에 주입하여 효능을 확인하는 것이다. iPS세포는 환자에서 분리한 체세포로 만들었기 때문에 약효를 정확히 확인할 수 있는 장점이 있다. 신약 후보 물질의 독성 등 안전성을 검증할 때도 환자의 iPS세포를 이용하면 기존에 생쥐 등 동물 대상으로 실험하는 것보다 유의한 결과를 얻어낼 수 있을 것으로 기대되고 있다. 최근 iPS세포에서 간·심근·신경 등 다양한 세포로 분화·유도시키는 기술이 진전을 보이고 있으며 이를 제조해서 공급하는 업체도 생겨나는 추세이다. 
  
상업화는 초기 단계 

현재 줄기세포 치료제는 임상 3상 단계의 제품이 500여 개에 이르고 있으며 그 수가 증가하는 추세로, 멀지 않은 시기에 제품화 성공 여부가 결정되면서 비로소 상업화가 전개될 것으로 보인다. 

문제는 희망에 비해 실제 의료에 응용되는 데까지 상당히 오랜 기간이 걸리고 있다는 점이다. 줄기세포 치료제뿐만 아니라 일반 체세포를 이용한 세포치료제도 상용화된 제품이 많지 않다. 현재 줄기세포 치료제로 승인된 제품은 전세계적으로 4개에 불과한 것으로 나타나고 있는데 앞서 언급한 바와 같이 국내에서만 3개의 제품이 출시되었다. 해외에서는 캐나다에서 2012년 5월 승인된 미국의 Osiris사가 개발한 급성 이식편대숙주반응 치료제(제품명 Prochymal)가 유일한 사례라고 볼 수 있다. 그러나 Prochymal은 조건부 승인을 받았고 이식편대숙주반응이 희귀한 질병이라는 것을 고려하면 이번 승인이 미치는 파급력은 미미할 것으로 보인다. 

2011년 조혈모세포 이식에 사용되는 ‘Hemacord’가 줄기세포 제품으로는 유일하게 FDA 승인을 받았다. 그러나 Hemacord는 제대혈에서 채취한 전구세포로 만든 혈액제제로, 치료제로는 보기 어렵다. 

줄기세포 시장 전망에 대해서는 여러 기관에서 예측치를 내놓고 있으나 그 수치는 매우 제각각이다(<그림 2> 참조). 그림에서 보는 것처럼 줄기세포 제품 시장은 2011년 기준 38억 달러에서 97억 달러에 이르기까지 시장 규모 예측이 상이한 것으로 나타나고 있다. 이는 아직도 개발 단계의 기술이 많은 줄기세포 연구 수준을 볼 때 현재 시점에서 정확한 시장 예측을 하기가 어렵기 때문으로 보여진다. 그나마 이 정도의 시장 규모를 보이는 것은 치료제가 아닌 줄기세포 관련 제품이나 사업, 예를 들면 제대혈은행, 생체소재/조직공학 제품 매출 등이 함께 포함되어 있기 때문으로 보인다. 
  
해결해야 할 이슈 아직 많아 

줄기세포 연구는 현재 시판중인 약으로 치료할 수 없는 난치병 치료에 새로운 패러다임을 열 것으로 기대되나, 상용화에 이르는 길에는 적지 않은 장벽이 존재하고 있다. 
  
● 기술적 장벽 

먼저 줄기세포를 제품으로 만들어 내는 과정에서 해결해야 하는 기술적 장벽이 높다. 줄기세포 연구에서는 생물학적 안전성 문제가 중요하게 제기되고 있다. 줄기세포 치료제는 일반 의약품과 달리 살아있는 세포를 재료로 하기 때문에 보관에 있어 상당한 수준의 노하우를 요구한다. 배양 과정에서 바이러스나 병원체 등의 감염에 취약하며, 기형종 발생 등 종양세포로의 변형도 문제시되고 있다. 분화의 효율을 높이는 것도 중요 과제이다. iPS세포 연구에서는 체세포를 iPS세포로 역분화시키는 효율이 아직 낮은 것으로 알려져 있다. 또한 인체에 대량 투입할 경우 이상 면역반응 등 예측 불가능한 부작용도 있을 수 있다. 환자 자신의 몸에서 추출된 성체줄기세포라도 체외 배양 과정에서 유전적 성질이 변하여 면역거부반응을 일으킬 수 있다. 
  
● 생산의 어려움, 허가의 불확실성 

줄기세포 치료제는 품질 관리가 매우 어려울 것으로 보인다. 바이오 의약품에 대체로 적용되는 사항이지만, 세포 치료에 있어서는 더더욱 세포 조작 과정 및 관련 시설에 대해 엄격한 관리 기준이 필요하게 된다. 시설 관리 기준을 엄격히 유지하고, 관련 인력에 대한 교육훈련이 강도 높게 이루어져야 하는 등의 이유로 줄기세포 치료제 개발 및 생산에 들어가는 비용은 매우 높아질 수밖에 없다. 

인허가 과정에서도 기존의 의약품과 다른 특성 때문에 줄기세포 치료제는 고려 사항이 많이 다르다. 따라서 인허가의 불확실성이 좀더 높은 편이라고 할 수 있다. 줄기세포가 기술 난이도가 높고 빠르게 변화하는 분야라, 인허가 담당 기관 인력의 전문성도 그에 맞게 높게 유지시켜야 하는 부담도 있다. 
  
● 사회적 인식과 수용도 

과거에 배아줄기세포를 둘러싸고 과열되었던 윤리적 논란은 성체줄기세포로의 연구 방향성 이동, 배아줄기세포에 필적하는 iPS세포 연구 활성화 등으로 상당 부분 감소한 상태이다. 그러나 앞서 지적한 바와 같이 줄기세포 치료제에 대한 인식은 아직 성숙하지 못한 것으로 보인다. 현재의 기술 수준을 과대평가하여 줄기세포라면 맹신하는 사람들이 있는 반면, 엄격한 잣대를 들어 객관적으로 검증된 연구 결과조차 믿지 않는 사람들도 있다. 줄기세포 치료제 투여를 위해서는 의사의 이식 수술 과정을 거쳐야 하므로, 일반 의약품보다 훨씬 더 의료진에 대한 의존도가 높을 수 밖에 없다. 따라서 향후에 줄기세포 치료가 보편화되기 위해서는 높은 전문성을 보유한 다수의 의료진이 필요함과 동시에, 객관적인 관점에서 시술을 평가하고 수용할 수 있도록 하는 의료계 전반의 분위기도 요구된다. 
  
분야별로 약간의 차이가 있다고는 하나 줄기세포 치료제는 대부분이 아직 이렇다 할 명확한 효과를 이야기할 수 있는 단계에 이르지 못하고 있다. 이런 상황에서 각종 시술에의 무분별한 적용 등은 줄기세포에 대한 반감만 커지도록 하는 역할만 할 수 있다. 일부의 잘못된 시도로 줄기세포에 대해 심각한 안전성 문제가 불거지거나 효과가 떨어진다는 여론이 확산된다면 연구 환경을 위축시키고 더 나아가 우리 기술에 대한 국제적 신뢰를 떨어뜨리는 부정적 결과로 이어질 것이다. 따라서 상업화 성과를 성급히 기대하기보다는, 탄탄한 기반을 마련하는 것이 더 중요할 것이다. 무엇보다도 줄기세포는 엄격한 임상시험과 기초 연구 역량이 중시되는 분야이다. 생물학이나 기초의학 등 관련 학문 전반을 아우르는 각 분야의 협력과 경쟁을 유도하고, 장기적으로 투자가 계속될 수 있는 기반을 조성해 가야 할 것이다.  <끝>