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신경줄기세포의 치료응용 전망 : 신경계질환 원문보기

대한유전성대사질환학회지 = Journal of the Korean Society of Inherited Metabolic Disease, v.6 no.1, 2006년, pp.108 - 115  

박국인 (연세의대 소아과학 교실)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The inherent biology of neural stem cells (NSCs) endows them with capabilities that not only circumvent many of the limitations of other gene transfer vehicles, but that enable a variety of novel therapeutic strategies heretofore regarded as beyond the purview of neural transplantation, Most neurode...

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성능/효과

  • 또한 외부에서 주입한 유전자를 직접적, 지속적, 그리고 조절되는 양상으로 분비할 수 있다. 또 손상된 신경계에 본 세포를 이식 시 전체 신경계에 통합되어 환경 신호를 받아 구조적/기능적으로 적절한 신경세포로 분화하여 기능부전을 보이거나 사망한 신경세포를 대체하고, 손상된 신경망을 재건해 중추신경계를 재생케 하는 가능성을 보인다. 한편 줄기세포 이식 시 전체 신경계에 걸쳐 광범위하게 이주 (migration) 하므로 국소성 (focal)뿐만 (아니 라다 소성 (multifocal) 혹은 전신성 (global) 신경계 질환에 있어서도 손상된 신경세포 및 치료적 유용성을 보이는 다양한 물질을 제공할 수 있다.
  • 따라서 최근에는 세포를 조직화하고 성장시켜 적절한 조직단위로 만들고, 이식된 세포에 영양분의 확산을 허용하며, 세포 기질로서의 기능을 수행한 후 생분해 (biodegradation) 되는 고분자 화합물과 줄기세포를 함께 배양하여 저산소성 허혈성 뇌 손상 및 척수손상 동물모델에 이식한 결과, 이식된 세포가 손상된 신경세포를 대체 및 재생시킬 뿐만 아니라 손상된 신경 연결망 재건도 촉진됨이 관찰됐다. 또한 신경 행동 검사상 운동, 감각, 학습 및 기억능력의 향상을 보였고, 비정상적인 행동은 관찰되지 않았다. 그 외에 다양한 난치성 신경계질환의 치료를 위해 신경 줄기세포를 이용하고자 하는 연구가 진행되고 있는데, 인간 신경줄기세포를 근 위축성 측삭경화증 (루게릭병) 모델에 이식하니 운동기능의 호전과 생존 기간의 연장이 관찰되었고, 악성 뇌종양 모델에 이식된 신경줄기세포는 원발성 및 속발성 뇌종양 부위로 특이적으로 이주하여 종괴 (tumor mass)의 세포사멸을 유도하는 물질을 분비하여 뇌종양 용적의 감소를 유도하였고, 난치성 간질 모델에 이식된 신경 줄기세포는 GABA를 분비하는 신경세포로 분화하여 간질의 빈도와 정도를 감소시켰으며, 알쯔하이머병 모델에서는 신경 줄기세포 이식 후 학습 및 기억능력의 향상이 유도되었다.
  • 신경 줄기세포는 후천성 퇴행성 신경질환의 치료에도 유용될 수 있는데, 저산소성 허혈성 뇌 손상 동물모델에 신경 줄기세포를 이식하면, 뇌 손상 부위로 특이적으로 세포가 이동하고, 뇌 손상 부위와 주변 부위에 이식된 세포가 확고히 생착 및 통합되며, 신경원 및 교세포로 분화하여 손상된 신경세포를 대체 및 재생함을 확인할 수 있었고, 이식된 신경세포는 다양한 신경전달물질을 분비하고 주위의 숙주 신경세포와 시냅스를 형성하며, 신경행동 검사상 운동, 감각 및 학습 기억능력도 호전됨을 보였다. 신경줄기세포에 다양한 신경영양인자를 발현케 하여 뇌경색증 부위에 이식하면 공여 세포의 신경세포로의 분화가 촉진되고, 손상된 신경세포의 생존과 성장을 촉진하는 신경영양인자를 함께 분비하여 뇌경색증의 범위가 감소하며, 신경 행동검사 상 호전을 보여 한 번의 줄기세포 뇌 이식을 통해 효과적인 세포 및 유전자치료가 함께 가능함이 확인되었다.
  • 호전됨을 보였다. 신경줄기세포에 다양한 신경영양인자를 발현케 하여 뇌경색증 부위에 이식하면 공여 세포의 신경세포로의 분화가 촉진되고, 손상된 신경세포의 생존과 성장을 촉진하는 신경영양인자를 함께 분비하여 뇌경색증의 범위가 감소하며, 신경 행동검사 상 호전을 보여 한 번의 줄기세포 뇌 이식을 통해 효과적인 세포 및 유전자치료가 함께 가능함이 확인되었다. 신경손상에 대한 신경 줄기세포의 치료적 유용성은 척수손상에서도 적용되는데, 좌상성 (contussive) 척수손상을 성체 쥐의 흉추부위에유발한 후 인간 신경 줄기세포를 이식한 결과 이식 세포의 확고한 생착 및 이주, 손상된 다양한 척수신경 세포로 분화하고, 일부 공여세포는 희소돌기아교세포로 분화하여 손상된 신경돌기의 수초 화를 유발하였으며, 척수손상의 범위가 감소하고, 공여세포에서 발현되는 신경영양인자들로 인하여 손상된 척수신경의 축삭돌기 (axon)의 성장이 유발되어 신경 연결이 촉진되었다.
  • 신경손상에 대한 신경 줄기세포의 치료적 유용성은 척수손상에서도 적용되는데, 좌상성 (contussive) 척수손상을 성체 쥐의 흉추부위에유발한 후 인간 신경 줄기세포를 이식한 결과 이식 세포의 확고한 생착 및 이주, 손상된 다양한 척수신경 세포로 분화하고, 일부 공여세포는 희소돌기아교세포로 분화하여 손상된 신경돌기의 수초 화를 유발하였으며, 척수손상의 범위가 감소하고, 공여세포에서 발현되는 신경영양인자들로 인하여 손상된 척수신경의 축삭돌기 (axon)의 성장이 유발되어 신경 연결이 촉진되었다. 운동기능검사에서도 줄기세포를 이식한 경우 마비된 뒷발의 운동기능이 좋아졌으며, 전기 생리검사 상체 성 감각 (somatosensory) 및 운동유발전위검사의 호전을 보였고, 안전성에 있어서도 신경 줄기세포가 이식된 신경질환 모델에서 비정상적인 신경 행동 및 종양 발생이 관찰되지 않았다.

후속연구

  • 6) 난치성 질환의 병태생리기 전 규명을 통하여 각각의 질환 치료에 줄기세포를 이용한 세포치료가 적절한가를 먼저 평가하고, 어떠한 세포를 이식 및 대체하여야 질환치료에 도움이 되는지 확인하여야 한다. 7) 각각의 난치성 신경계 질환의 병태 생리에 따른 기능적 이식술이 개발되어야 하며, 8) 세포이식이 신경기능 재생에 미치는 영향, 그리고 장기간에 걸쳐 신 경계 기능에 발생 가능한 부작용의 평가 및 대처기술이 개발되어야 하고, 9) 신경세포로 분화 가능한 다양한 줄기세포의 분화다능성 및 세포치료 제로 서의 기능성에 대한 비교평가가 이루어져야 하며, 8) 복잡한 신경계 질환이 단순히 줄기세포 이식에 의한 세포치료만으로 완치가 가능할 것으로는 생각되지 않으며, 다양하고 다원적인 치료법과 함께 적용하는 전략이 개발되어야 할 것이다.
  • 8) 복잡한 신경계 질환이 단순히 줄기세포 이식에 의한 세포치료만으로 완치가 가능할 것으로는 생각되지 않으며, 다양하고 다원적인 치료법과 함께 적용하는 전략이 개발되어야 할 것이다.
  • 따라서 인간을 포함한 포유동물의 신경계에는 발달 시기 및 해부학적 위치에 따라 다양한 특성을 보이는 신경 줄기세포 혹은 전구세포 (progenitor)가 존재하고, 특정 부위 및 환경하에서 일생을 통하여 새로운 신경원 세포를 생성한다. 이러한 사실은 향후 신경 줄기세포의 증식, 성장, 분화 및 신경계발달 등에 대한 기초생물학적 연구의 필요성뿐만 아니라, 줄기세포의 가소성 (plasticity)을이용해 한번 손상되면 특별한 치료 방법이 없는 난치성 신경계질환을 치료하고 재생할 수 있는 가능성을 제시한다고 하겠다.
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