세포치료제의 정의
바이오산업의 여러 분야 중 생물의약산업 분야에 해당하며, 치료방식에서 기존의 의약품과는 차별화된 새로운 방식의 치료제인 신개념치료제 (현재, 유전자 의약품, 세포치료제, 복제장기)에 해당합니다. 신개념 치료제 중 유전자 의약품은 유전자 이상에 기인하는질환을 치료하기 위해 정상 유전자를 환자의 체내에 도입하여 치료하는 방법 및 해당 의약품이며, 세포치료제는 살아있는자가(autologous), 동종(allogeneic), 이종(xenogenic) 세포를 체외에서 증식, 선별하거나 여타한방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여 의료 목적으로 사용되는 의약품입니다. 복제 장기는 장기의인공적 대체물로 기존의 신체 주입 또는 부착용 기계 장비가 아닌 배양 세포로 만들어진 장기를 말합니다
(산업자원부 기술표준원, 2003년도 국내 생물산업 통계, 2004).
세포치료제는 약물이나 수술로 치료가 불가능한 질병을 근원적으로 치료하는 의약품으로, 기존의 치료방법으로는 완치가 불가능한 난치성질환(예; 관절염, 연골 손상 등 골관절 질환, 알츠하이머 병, 뇌졸중, 척수손상 등 신경계 질환, 간질환, 심장 질환 등)의궁극적인 치료제로 주목받고 있습니다. 세포치료제의 개발은 재생의학(regenerative medicine)과조직공학(tissue engineering)의 핵심 분야이며, 궁극적으로는 생체조직공학적 장기의 개발을 목적으로 하고 있습니다.
세포치료제의 분류 : 세포 소스에 따른 분류
세포치료제는 인체에서 분리한 세포를 배양,이식함으로써 손상된 세포나 조직을 재생, 치료하는 의약품으로서, 원천재료인 세포의 종류에 따라 체세포치료제(예, 관절염 환자에게자가연골세포를 배양해 이식)와 줄기세포치료제(예, 줄기세포를 분화시켜 연골, 심장근육 등을 생산)가 있습니다.
줄기세포치료제의 원천재료가 되는 "줄기세포"란 장기간(거의 영구적으로) 자기복제를 하는 능력과 여러가지의 다양한 세포로 분화하는능력을 동시에 갖는 세포로서 발생학적 태생기의 어느 시점에서만 얻을 수 있는 배아줄기세포와 개체가 완성된 후 골수나 신체의 일부조직, 그리고 신생아의 제대혈 등에서 얻을 수 있는 성체줄기세포로 나눌 수 있습니다.
배아줄기세포는 뛰어난증식(자기복제)능력으로 먼 장래에는 많은 질병에 사용할 수 있고 장기복제까지 실현할 수 있을 것으로 기대되는 우수한 줄기세포의소재인 것은 사실이지만 아직까지는 해결해야 할 과제가 많으며 현재 시점으로는 인간에게 투여가 허락된 적이 없고 연구가 진행중인상태입니다. 이에 비해 성체줄기세포는 이미 오래전부터 이식이 이뤄져온 골수의 조혈모세포이식은 물론, 이미 여러가지의 질병에서실제 환자에게 임상시험단계로 세포치료가 시술되고 있으므로 세포치료제로의 적용에 있어서 배아줄기세포보다 훨씬 더 속도가 빠른현실입니다.
배아줄기세포의 경우 줄기세포의 성질을 유지한 채로 거의 무한대에 이르는 우수한 증식능력을세포치료제의 재료로서의 장점으로 꼽을 수 있으나 자기복제 과정에서 종양을 형성하거나 염색체의 변화를 일으키는 등의 불안정성이아직은 해결되지 않고 있는 문제점입니다. 이에 반해 성체줄기세포는 골수나 인체내의 국한된 조직에 소량만 분포하고 있어 얻을 수있는 줄기세포의 양이 한정되어 있고 배양과정에서 일정 수 이상 복제시 줄기세포의 성질을 상실하는 제한점이 있으나 배아줄기세포와는달리 이식시 생체조직에 적합한 세포로 분화하는 특성이 강하고 세포의 불안정성이 적어 의학적으로 치료 적용이 안전하고 용이한장점을 지니고 있습니다.
또한 배아줄기세포의 경우 현재 연구단계에서 심각한 종교적, 윤리적 문제가 제기되고 있는 반면성체줄기세포의 경우에는 그러한 난관을 지니지 않는 차이점으로 인해 현재 시점에서 실제 임상에 적용키 위한 세포치료제개발분야에서는 성체줄기세포가 주로 사용되고 있습니다.
줄기세포 치료제 연혁 및 성장과정
- 1998년 인간배아줄기세포주의 확립 및 신체 각 부위로의 분화증명 (James Thomson 등)
↓ 2차 바이오붐
- 2000년 외배엽(뇌, 피부, 부신), 중배엽(근육, 골, 신장, 비뇨기계, 심장, 혈액), 내배엽(간, 췌장) 세포로의 분화 (Schuldiner 등)
- 2001년 심근세포로의 분화 (Assady, Kehat 등)
- 2001년 췌장베타세포 분화 (Assay 등)
- 2004년 인간의 체세포를 복제해 배아줄기세포를 만드는데 성공 (서울대 황우석 교수)
성체줄기세포의 다중분화능 발견과 다양한 장기세포로의 분화 증명
- 2000년 배엽간의 장벽을 넘는 분화능력이 성체줄기세포에 있음을 발견 (신경줄기세포->신경, 위장, 간, 신사구체 등으로 분화) (Clarke 등)
- 2001년 조혈모줄기세포로부터 신체 각 부위를 형성하는 거의 모든 장기가 만들어지는 것을 확인 (Krause 등)
- 2001년 골수 간엽줄기세포의 증식, 조작 용이성 및 신경, 근육, 골 등 분화
(Verfaillie 등)
줄기세포를 이용한 세포치료
- 2000년 조혈모줄기세포가 간세포로 분화되어 간부전에 빠진 쥐의 간을 재생 (Lagasse 등)
- 2000년 조혈모줄기세포가 심근경색증으로 괴사에 빠진 심근의 괴사부에 주입되어 심근으로 분화 (Orlic 등)
- 2001년 골수 간엽줄기세포는 신경, 뇌세포, 근육 뿐만 아니라 선천성 기형에 의한 골대사질환 (불완전 골형성증)에서도 치료효과를 나타냄, 임상시험 결과 (Horwitz 등)
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체세포 배아복제 기술, 성체줄기세포 배양 및 분화기술 등 줄기세포 기술은 세포치료제와 관련된 핵심 원천기술로서 향후 산업화 진전에 따라 제품 개발, 막대한 기술료 수입 등 부가가치 창출이 기대됨.
2) 세포치료제의 적용 단계별 개발 현황
세포치료제 산업의 각국 지원 현황
▶ 미국, 일본 등 선진국 동향
미국은 세포치료제로대변되는 바이오 인공장기 개발에 정부 주도의 집중적인 연구를 지원하고 있을 뿐만 아니라 민간의 연구투자도 매우 적극적이라서1994년 바이오 생체조직공학을 이용한 바이오 인공장기 개발 과제를 상무부가 국가 프로젝트로 추진하였고, 국립보건원도 "헬씨피플 2000" 프로그램에 의해 연구를 집중 지원하고 있으며 현재 30여개의 기업과 20여개의 대학이 연구를 수행 중입니다.또한, 1998년에는 미국과학재단이 체계적이고 집중적인 연구, 개발을 위하여 죠지아 공과대학에 바이오 생체조직공학에 관한ERC를 처음으로 설립하여 10년 연구기간 중 초기 5년 동안 1,250억불을 투자할 계획이며 국립보건원은 1998년부터600만불의 지원을 시작하였습니다. 그리고, 티슈 엔지니어링 이니시어티브가 피츠버그를 중심으로 대학과 산업계의 기술 컨소시엄개발 및 기술공유를 시도하고 바이오인공장기 분야 산업분석 및 발전방향을 제시하였습니다.
한편 바이오 생체조직공학관련민간 연구지원은 더욱 적극적인 경향을 보이고 있는 특징이 있는데, 민간기업 R&D 투자만 보더라도 1994년에는1,200만불, 1998년에는 10억불, 2005년에는 800억불로 기하급수적인 투자가 예상되고 있으며 이중에서 스미스 엔네퓨사는 어드반스드 티슈 사이언스에 인공피부의 개발을 위해 7,000만불을, 스트라이커사는 크리에이티브 바이오몰사에 인공뼈의제작을 위해 9,000만불을, 메드트로닉사는 심장판막의 개발을 위해 2,600만불을 투자하고 있는 것으로 파악되고 있습니다.
일본도 바이오인공장기 관련 연구에 문부성, 후생성, 과기청, 통산성 등 범부처적인 연구지원을 하고 있습니다. 문부성의 "재생의공학(1996-2000)", 후생성의 "기능조직의 재생기술 (1997-2001)", "하이브리드형 인공장기의 개발" 및 "당뇨병에대한 완전이식형 바이오 하이브리드 인공췌도 연구", 과기청의 "장기/조직재생 시스템 연구"와 통산성의 "조직 카세트 공학"의여러 가지 조직공학 관련 연구 프로젝트가 정부주도로 대학 및 연구소 등에서 본격적으로 수행되고 있습니다. 인프라 부문의정비에서는 조직공학 프로젝트를 2000년에서 2005년까지의 밀레니엄 프로젝트로 설정하고 문부성, 후생성, 과기청 및 통산성등에서 많은 연구비를 지원하고 있으며 특히 국가 지원 하에 생체조직공학센터를 설립하여 조직공학 연구에 관한 다학제간 협력의중심이 되도록 하고 30만불의 건물시설비 외에 매년 420만불의 연구비를 지원하고 있습니다. 또한, 일본은 최근 지방 자치단체및 정부와 기업의 연계로 지역적 특성을 고려한 지역 특화사업의 일환으로 인공장기 및 생체적합성 재료 연구 분야의 활성화가이루어지고 있습니다.
▶ 국내 현황
우리나라에서는 세포치료제 등 바이오 생체조직공학에 대한 도입은 외국의어느 나라보다도 빠르다고 할 수 있습니다. 대부분이 하버드의대의 바칸티 실험실 출신의 의사들이 국내에 돌아와서 주도를 하였고연구 특성상 담체분야의 재료공학자들도 자생적으로 많은 연구를 수행하였습니다. 또한 정부에서도 발빠른 반응을 보여 1996년에보건복지부에서 처음 과제가 선정되었고, 1997년에는 과학기술부의 생명공학 연구에, 1998년에는 보건복지부에서 중점연구단을운영하고 있고, 그리고 1999년에는 학술진흥재단 및 한국과학재단에서 연구비를 조성하였습니다. 2000년도에는 산업자원부에서차세대과제로 연구비를 조성하였고 현재에는 많은 벤쳐사들에게 공기반 및 부품소재 기술개발 사업으로 지원하는 등 활발한 지원을보이고 있습니다. 최근에는 보건복지부와 정보통신부에서 IMT-2000 사업으로 나노산업 (NT)과 생물공학산업 (BT)을 혼합한형태로 지원하고 있습니다. 기업분야에 있어서는 1997년 IMF 이후에 IT 분야의 벤쳐 창업과 함께 의사를 위시한 공학자,생물학자들의 바이오 생체조직 분야에도 많은 창업이 이루어졌습니다. 이들 기업들은 주로 근골격계의 구조적인 바이오장기를 시작으로피부, 지지체, 조혈모세포 처리,보관업 (제대혈은행) 그리고 이들 성체줄기세포와 지지체를 이용한 3차원적 생체조직 구성의상용화에 매진하고 있습니다.
