국내 연구진이 개발한 인간 전분화능 줄기세포(배아줄기세포 및 역분화 줄기세포)의 신경세포로의 분화 방법이 국제 줄기세포 포럼에서 표준화 프로토콜로 채택돼 세계적으로 그 연구 성과를 인정받았다.

교육과학기술부(장관 이주호)는 연세의대 김동욱 교수팀이 개발한 <전분화능 줄기세포의 신경세포 분화 유도방법>이 최근 국제 줄기세포 포럼 산하 국제줄기세포 이니셔티브에서 신경계통(외배엽) 분야 줄기세포 분화의 대표 공식 프로토콜로 채택됐다고 20일 밝혔다.

김동욱 교수팀은 교과부로부터 21세기 프론티어연구개발사업 세포응용연구사업단 지원을 받고 있다.

이에 따라 이 프로토콜은 앞으로 전 세계의 전분화능 줄기세포주들을 대상으로 신경세포로 분화시켜 비교 분석하는데 사용된다.

전분화능 배아 줄기세포를 난치병 치료에 이용하기 위해서는 성체줄기세포와 달리 특정 체세포로 분화시키는 기술이 필수적이다.

전분화능 줄기세포는 모든 체세포로 분화할 능력이 있기 때문에 적절히 분화시키지 않은 상태로 이식할 경우 기형종(teratoma)이라고 하는 암 조직이 발생할 우려가 있다.

따라서 신경세포, 간세포 등 원하는 체세포로 분화시키는 기술을 개발하는 것은 전분화능 줄기세포를 난치병 치료에 적용하기 위해 가장 중요한 과정이다.

김동욱 교수팀은 그동안 이 분야에서 세계 선두 그룹을 유지해 왔다.

배아줄기세포에서 파킨슨 질병에 쓰이는 도파민 신경세포를 세계 최고 수율(85~90%)로 분화시키는 데 성공하였고, 척수 손상에 쓰이는 희소돌기아교세포(올리고덴드로사이트)를 제론(Geron)사에 이어 세계 2번째로 만들었다.

또 배아줄기세포 유래 가바 신경세포를 세계 최초로 척수 손상의 통증 모델에 이식해 효과를 보는데 성공했고, 배아줄기세포 및 역분화 줄기세포(iPS cells)에 대한 공통 신경세포 분화법을 개발하기도 했다.

이번 연구의 중요 분화 방법 핵심은 배아줄기세포주들은 세포주에 따라 기본적으로 어떤 것은 신경세포로, 어떤 것은 근육세포 혹은 췌장세포로 잘 분화하려는 고유한 분화 특성을 가지고 있다는 것이다.

최근까지 인간 배아줄기세포를 신경계 세포로 분화 유도할 수 있는 분화 방법이 다수 보고됐지만 세포주 고유의 특성 때문에 그 분화 효율이 제각각인 것으로 알려져 있다.

이로 인해 모든 세포주에 공통 적용할 수 있는 효율적인 분화법 개발이 절실히 요구됐다.

연구진은 신경세포의 분화에 관련된 세포신호기전을 연구한 결과 저분자 물질을 사용, 모든 전분화능 줄기세포를 효율적으로 신경세포로 유도할 수 있는 분화법을 개발하는데 성공했다.

즉, 배아 발생과정 중 중요한 세포신호에는 비엠피(BMP) 신호와 액티빈/노달(Activin/Nodal) 신호가 있는데, 이 두 신호 모두 외배엽성 신경계로의 분화를 억제하는 대신 내배엽(소화/호흡기관계 세포)과 중배엽(근골격계 세포)으로의 분화를 촉진시키는 것으로 알려져 있다.

연구진은 저분자 화합물질을 이용해 두 세포의 신호 전달을 동시에 차단함으로써 모든 세포주에서 내배엽과 중배엽으로의 분화를 현저히 억제하고, 신경세포(외배엽)로의 분화를 매우 효과적으로 유도할 수 있었다.

이러한 분화 방법은 그 동안 미국 과학원회보(PNAS), 네이쳐 프로토콜(Nature Protocols), 스템셀 리뷰․리포트(Stem Cell Reviews and Reports), 스템셀(Stem Cells) 등에 보고됐으며, 국내외 특허도 출원했다.