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새로운 유전자 치료법의 가시화, 혈우병 치료의 새 장이 될까?

기사승인 2020.03.19  15:19:38

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- 편집된 혈관 줄기 세포로 혈우병 유전자 치료법 가능성 제시

응고 인자 기반의 혈우병 치료제에서 새로운 치료제 임상 연구가 지속되는 가운데, 혈우병 A형 환자로부터 채취한 세포를 재 프로그래밍하여 쥐에 이식해 FVIII의 활성화도가 유의미하게 회복되었다는 연구 결과가 발표되었다.

   
▲ 미국 연구진들은 쥐를 이용한 혈우병 치료에 미세혈관에서 추출한 줄기세포가 유의미한 FVIII의 활성화 수치를 보여주었다고 발표했다.

이 치료법이 인간에게 적용 가능한 것으로 밝혀지면 새로운 형태의 유전자 요법이 될 것으로 예상되며 장기적인 혈액 단백질 결핍 등으로 발생하는 희귀 혈액 장애 질환의 모든 의학적 상태에 대한 요법으로 유용하게 사용할 수 있을 것으로 보인다.

해당 연구는 “바이오 엔지니어링 혈우병 A – 혈류내 전체 FVIII 전달을 위한 특정 미세혈관 이식”이라는 논문 제목으로 블러드 어드벤스(Blood Advances) 저널에 발표된 내용이다. 혈우병 A형은 혈액 응고 인자 중 FVIII의 결핍으로 발생하는 질환으로 일반적으로 간 세포에서 생성되는 응고인자 단백질뿐만 아니라 혈관을 따라 있는 내피 세포에 의해 제공되는 FVIII의 결핍으로 발생한다.

   
▲ 과거 응고인자 기반 치료제의 발달, 응고 인자 치료제도 빠른 속도로 발전하였지만 그 과정에는 많은 희생도 뒤따랐다.

이러한 혈우병의 치료를 위해 과거에는 전혈수혈이나 혈장수혈과 같은 방법에서부터 응고 인자를 동결, 농축하여 만들어진 치료제가 널리 사용되었으며, 의학 기술의 발달에 따라 실험실에서 제조된 응고인자 단백질(유전자재조합제제)을 투여 받아 출혈을 미연에 예방, 혹은 출혈 치료에 사용되었다. 최근에는 응고인자 기반이 아닌, 출혈 매카니즘의 역발상으로 신개념 치료제(Novel Therapy)들이 출시되거나 임상시험 중에 있으며 아예 체내에서 응고인자 단백질을 생성할 수 있도록 변형된 DNA를 주입하여 치료하는 유전자 치료법도 임상시험 중에 있다.

하지만 현재 임상시험 중인 유전자 치료법을 제외하면 혈우병 환자들은 평생 2일~1주일 간격으로 지속적인 혈관 주사를 맞아야 하므로 불편함과 부작용 등으로 인해 삶의 질이 매우 떨어지는 문제가 발생되고 있다. 이를 해결하기 위해 최근 혈우병 치료의 방향은 부족한 응고인자를 보충해주는 방식이 아니라 혈우병 질환의 근본 원인이 되는 유전자 변이에 집중해 완전한 기능을 하는 유전자로 대체하여 치료하는 방법이 연구되고 있는 것이다.

   
▲ 혈우병B의 경우 AAV를 이용한 유전자 치료법이 널리 이용될 수도 있을 것이다. 왜냐하면 유전자 치료에 필요한 9인자 DNA는 8인자에 비해 매우 작아 몸에 쉽게 투여가 가능하기 때문이다.

이에 대표적인 치료법이 바로 유전자 치료법인데, 9인자와는 달리 혈우병의 다수를 차지하고 있는 8인자의 수정된 유전자는 기존의 바이러스 벡터에 넣기 힘든 큰 유전자형이라는 문제점이 있었다. 작은(잘라진) 유전자 버전으로 치료법을 사용해 보기도 하였지만 지금까지 성공한 사례는 없었다.

보스턴 어린이 병원의 심장 수술학과의 후안 멜레로-마틴(Juan Melero-Martin) 박사는 “8인자의 유전자 크기는 엄청나다”라며 “우리는 바이러스를 이용하여 유전자를 전달하려고 시도하였지만 유전자의 크기가 바이러스에 맞지 않거나 운반할 수 없는 상태가 되어 사람 세포에 DNA를 영구적으로 삽입할 수 없는 문제가 있었다”라고 말했다. 이에 몇몇은 유전자 절단을 통해 문제를 해결하고자 했지만 성공하지 못했다고 덧붙였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 멜레로-마틴 박사의 연구팀은 아예 다른 접근법을 시도하기로 하였다. 연구팀은 환자의 세포를 채취한 뒤 세포의 내용을 조작하여 8인자를 정상적으로 생성할 수 있는 내피 세포를 만들어 주입하는 새로운 형태의 유전자 요법을 개발하였다.

메사추세츠에 있는 다나-파버/보스턴 소아암 및 혈액장애 센터(Dana-Farber/Boston Children’s Cancer and Blood Disorder Center) 연구진의 도움으로 중증 혈우병A 환자 7명으로부터 소변 샘플을 채취하고 여기서 요로 표면을 감싸고 있는 상피 세포들을 분리하였다. 멜레로-마틴 박사는 혈액 장애가 있는 환자로부터 혈액 샘플을 확보하는 것이 어려웠다며 소변의 상피 세포를 선택했다고 말했다.

연구팀은 소변에서 얻은 상피 세포로 만능 유도 줄기세포(induced Pluripotent Steam Cells, iPSC)를 만들었다. iPSC는 대부분의 세포 유형에서 만들어 낼 수 있고 줄기 세포의 형태로 다시 프로그래밍 할 수 있는 세포이며 이로 인해 임의의 세포 유형을 만들어 낼 수 있었다.

이어서 연구팀은 정상 유전자 정보를 가지고 있는 8인자의 여러 사본을 iPSC에 삽입하였고 HA-FLF8-iECs라고 불리우는 변형된 내피 세포를 대량 만들어내도록 재프로그래밍하였다. 연구팀은 이 물질로 혈우병 치료의 효능을 시험하기 위해 만들어진 내피 세포를 혈우병 쥐 모델의 피하에 이식하였다. 아울러 재 프로그래밍된 FVIII의 유전자를 포함하지 않은 세포를 대조군 쥐의 피하에 이식하였다.

   
▲ 혈우병 치료제의 발달은 그야말로 눈부시게 발전했다. 현재 이 연구진이 발표한 단계는 혈우병 치료의 Cell Therapy에 해당한다.

이식 7일 후 편집된 세포와 편집되지 않은 세포 모두 숙주 쥐의 혈관 네트워크에 정상적으로 안착되었다. 이후 활성화도를 확인해본 결과 편집된 8인자를 시술 받은 쥐들은 그렇지 않은 대조군과 비교하여 상당히 높은 수준의 8인자를 생성하는 것으로 나타났다. 아울러 출혈 및 응고 시험을 위한 꼬리 출혈 테스트에서도 HA-FLF8-iEC가 이식된 쥐들은 대조군과 비교하여 체중 감소(혈액 손실 측정)가 훨씬 적었으며 출혈 시간도 매우 짧은 것으로 나타났다. 결과적으로 혈액을 채취해 분석해본 결과 평균적으로 대조군보다 약 6배 높은 FVIII의 활성화도를 보여준 것으로 나타났다.

멜레로-마틴 박사는 “이식 후 8인자의 수준이 600% 증가하였다”라며 “이렇게 높은 수준의 8인자 생성으로 우리 연구팀은 흥분을 감추지 못했다. 이 정도 수치의 8인자만 생성하더라도 심각한 혈우병 증상을 많이 경감시킬 수 있을 것”이라고 말했다.

연구팀은 이 새로운 유전자 치료법이 얼마나 더 발전할 수 있는지는 알아보기 위해 미래의 연구계획을 세우고 있다. 최종 목표는 인체에 충분한 8인자를 생성할 수 있는 세포를 이식하고 이 기능을 유지하는 기간을 결정하기 위해 신체에서 가장 좋은 부위를 찾아내는 것이며 이러한 연구를 현실로 이어나가기 위해 더 큰 동물 모델을 사용하여 연구를 지속할 계획이다.

멜레로-마틴 박사는 이 유전자 요법이 혈우병 뿐만 아니라 의학적으로 특정 단백질의 장기 교체가 필요한 다른 여러 질병에도 유용하게 사용될 수 있을 것이라고 말했다. 하지만 우선적으로 혈우병 환자가 평생 여러 차례 주사할 필요가 없도록 이 유전자 요법으로 정상적인 레벨의 8인자 생산 수준까지 올리는 치료제를 만드는데 집중 할 것이라고 덧붙였다.

이번 연구의 성과는 바이러스를 사용하지 않는 유전자 치료법으로, 8인자 수치가 떨어질 경우 언제든지 재시술을 해(매년, 혹은 2년에 한 번) 정상 수치 유지가 가능하며, 적용하는 유전자의 크기에도 제한없이 사용 가능하다는 장점을 가지고 있다.

 

[헤모라이프 황정식 기자]

 

황정식 기자 nbkiller@hanafos.com

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