[논문]줄기 세포 분야의 유전자 치료 연구 동향

오유경; 정형민

doi:10.4333/kps.2002.32.2.065

줄기 세포 분야의 유전자 치료 연구 동향
Current trends of stem cell-mediated gene therapy 원문보기

藥劑學會誌 = Journal of Korean pharmaceutical sciences, v.32 no.2, 2002년, pp.65 - 72

오유경 (포천 중문 의과대학교 의학과 미생물학 교실) , 정형민 (포천 중문 의과대학교 세포 유전자 치료 연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, stem cell-mediated gene therapy is emerging as a novel therapeutic approach. For the successful gene modification of stem cells, the development of a suitable gene transfer technique needs to be preceded. This review focuses on the various gene transfer techniques based on nonviral and viral vectors, and physical methods. The advantages and disadvantages of each gene transfer method are compared, and the general properties of these vectors are discussed in relation to the gene transfer in stem cell research. This review also highlights the therapeutic application of stem cell-mediated gene therapy. The choice of gene transfer vectors may vary depending on the type of the stem cells and the target of stem cell therapy. Of various gene transfer methods, viral vector-based gene therapy has been emphasized due to the higher transfection efficiency. The current status and up-to-date findings of stem cell-mediated gene therapy are discussed in the viewpoint of the various targets of stem cell therapy such as the modification of stem cell potency, the acceleration of regeneration process and the formation of expressional organization.

주제어

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문제 정의

또한, stem cell을 target cell로 사용하여 유전자 치료를 수행할 경우 각 stem cell 연구 분야에서 이제까지 유전자 치료 분야의 연구가 진행된 현황 및 문제점을 살펴보았다. Stem cell에 유전자 치료를 응용하기 위하여는 무엇보다도 안전성이 확보되어 있으면서도 유전자 발현시간이 지속적인 유전자 수송체의 개발이 급선무라는 점을 지적하고 싶다.
본 논문에서는 이러한 유전자/세포 치료분야에서 핵심 기술중 하나로 인정되는 유전자 전달 방법에 대하여 각 전달 방법의 일반적인 작용원리, 특징, 장단점, 이제까지의 개발동향, 앞으로 해결해야할 문제점들을 살펴보고 이러한 유전자치료가 stem cell분야에서는 어떻게 연구되고 있는지 gene-modified stem cell therapy가 응용되는 분야에 대해서 논의해보고자 한다.
본 논문에서는 일반적인 유전자 치료 연구분야에서 사용되는 유전자 수송체 기술중 바이러스를 수송체로 사용하는 경우와 비 바이러스성 합성 물질을 수송체로 사용하는 경우에 대하여 그 원리 및 특징들을 세부적으로 알아보았다. 또한, stem cell을 target cell로 사용하여 유전자 치료를 수행할 경우 각 stem cell 연구 분야에서 이제까지 유전자 치료 분야의 연구가 진행된 현황 및 문제점을 살펴보았다.
유전자 치료의 궁극적인 목표는 살아있는 세포를 유전적으로 modifoation하여 유익한 치료 결과를 얻는 것이다. 유전자 치료 연구에서는 결함이 있는 유전자를 대체하거나 감염성 질환이나 종양에 대항하는 특정 기능을 가지는 유전자를 세포 내로 도입하는 방법을 연구한다.

가설 설정

유전자를 PEI와 복합체 형태로 체내 투여한 경우 유전자의 체내 체류 시간 및 발현 지속시간이 naked DNA 에 비하여 현저히 증가되는 것이 관찰되었다.¹⁴⁾ PEI를 유전자 수송체로 사용하는 경우, 유전자 발현효율은 PEI와 유전자의 배합비율(N/P ratio)에 따라서 크게 영향을 받게된다. 유전자의 발현 효율이 증강되는 원인으로는 PEE가 endosome 내부의 산도를 증가시키는 buffering역할을 해주어 유전자의 분해 속도를 저하시키며 PEI 와 복합체를 형성하는 유전자는 세포 내로의 수송량, 핵 내로의 수송양이 증가되고 핵산 분해효소에 대하여 안정한 점들이 분석되었다.

성능/효과

Human embryonic stem celle 인간 생명체로 발생할 수 있는 배아로부터 만들어지기 때문에 많은 윤리적인 문제점을 가지고 있으나 adult stem cell에 비하여 세포증식 및 분화 능력이 우수한 것으로 알려져 있다.¹⁾ Adult stem celle 골수, 혈액, 뇌, 피부 등에서 얻을 수 있어 윤리적인 문제가 적으나 embryonic stem cell에 비하여 한정된 분화능력 (multipotency)을 가지고 있다. Adult stem cell중 가장 연구가 많이 진행된 것은 hematopoietic stem cell(혈액 줄기 세포)이며 최근 mesenchymal stem cell, neuronal stem cell에 대한 연구들도 활기를 띠고 있다.
1) stem cell 자체를 target으로 하는 경우로서 고령이거나 유전적으로 결함이 있는 adult에서 분리된 stem cell 자체의 transcription 이나 효소들에 관련된 유전자를 modification하여 stem cell을 potentiation한다. 2) 유전자가 도입된 stem cell이 differentiation 되어 형성되는 progeny cell을 target으로 하는 경우로서 혈관계통의 유전질환 치료나 유전적으로 결함이 있는 장기를 대체할 수 있다. 3) regeneration 반응을 촉진시키는 것을 목적으로 하는 경우로서 주로 growth factor나 cytokine 등을 일시적으로 발현하도록 제작한다.
PEI를 이용한 유전자 전달 효율은 liposome과 달리 medium중 serum의 존재 여부에 영향을 받지 않는 차이점이 있다. 유전자를 PEI와 복합체 형태로 체내 투여한 경우 유전자의 체내 체류 시간 및 발현 지속시간이 naked DNA 에 비하여 현저히 증가되는 것이 관찰되었다.¹⁴⁾ PEI를 유전자 수송체로 사용하는 경우, 유전자 발현효율은 PEI와 유전자의 배합비율(N/P ratio)에 따라서 크게 영향을 받게된다.
¹⁴⁾ PEI를 유전자 수송체로 사용하는 경우, 유전자 발현효율은 PEI와 유전자의 배합비율(N/P ratio)에 따라서 크게 영향을 받게된다. 유전자의 발현 효율이 증강되는 원인으로는 PEE가 endosome 내부의 산도를 증가시키는 buffering역할을 해주어 유전자의 분해 속도를 저하시키며 PEI 와 복합체를 형성하는 유전자는 세포 내로의 수송량, 핵 내로의 수송양이 증가되고 핵산 분해효소에 대하여 안정한 점들이 분석되었다.¹⁵⁾

후속연구

AIDS치료이다. HSC는 T 세포나 monocyte로 분화되는 능력이 있으므로 HSC에 anti-HIV-l gene으로 불리는 유전자를 도입하여 HIV의 발현을 방지하는 성질을 부여한다면 AIDS치료에 새로운 장을 열 수 있을 것으로 기대된다. 현재까지 기존의 retroviral vector를 이용하여 HSC에 anti-HIV-1 gene을 도입한 연구결과는 임상 실험에서 큰 효과를 나타내지 못하였으나 lentiviral vectorl- 이용하여 anti-HIV1 gene을 transduction을 시킨 HSC를 이용할 경우 HIV에 감염된 세포가 HIV에 저항하는 성질을 가지는 치료효과가 보다 효율적이고 지속적으로 나타날 것으로 기대되고 있다(Figure 5)³²⁾
작용하는 유전자들이 속속 발견되고 있다. 그러나 이러한 연구 결과들을 임상적인 치료나 예방효과로 연결짓기 위해서는 기능이 소실되거나 변형된 유전자를 correction 하는 유전자를 체내에 도입하여 기능을 정상화시키거나 치료기능을 활성화 시켜주는 유전자 transfer technique에 대한 연구, 즉 유전자 치료분야의 연구가 병행되어야 한다. 따라서 최근 수년간 이 분야에 대한 관심 및 연구 결과들이 급증하고 있으며 이 분야의 전문 journal들도 여러 가지가 발간되게 되었다.
비교적 짧은 발현기간으로 인하여 주로 regenerative process에 관련하는 cytokine이나 growth factor 유전자를 stem cell에 도입하는데 사용되었다. 앞으로 adenoviral vectoi의 pathogenicity를 더 줄이는 연구가 필요하다.
최근 신장질환이나 근육질환에 대한 유전자 치료에 HSV를 수송체로 사용하는 결과가 발표된 바 있다. 앞으로의 경향은 HSV에서의 유전자 발현효율을 증강하고 바이러스의 독성을 더욱 줄이는 연구들이 진행될 것으로 전망된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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