숙명여대는 이병철 생명시스템학부 교수가 정밀 유전자 편집 세포치료제의 임상적 적용 가능성을 검증한 연구 결과를 발표했다고 22일 밝혔다. 이 기술은 향후 차세대 유전자 치료 기법을 검증하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.
이 교수와 미국국립보건원(NIH) 신시아 던바(Cynthia Dunbar) 선임 연구자 공동 연구팀은 유전자가위를 이용한 체외 조혈 줄기세포 정밀 유전자 치료의 장기간 생착 효능과 임상적 적용 가능성을 검증했다.
연구팀은 상동재접합(HDR) 방식으로 타겟 위치에 유전자 바코드를 삽입하는 기술을 개발했다. 체외로 분리한 조혈 줄기세포를 표지하고, 인간과 유사한 조혈계의 특징을 보이는 비인간 영장류 모델에 자가 이식했다.
그 결과 장기간 추적 연구를 통해 정밀유전자 편집된 세포는 정상세포에 비해 이식 후 생존 능력이 급격히 감소하고, 이식된 세포의 클론성도 감소한다는 것을 확인했다. 기존 체외 세포배양실험과 마우스 이종 이식을 통한 단기 실험에서는 밝혀내지 못한 새로운 사실을 발견한 것이다.
연구팀은 이식 전 생체 외 높은 유전자 편집 효율에도 생착 후 편집세포가 소실됨을 확인했다. 특히 이식 세포 추적 결과를 통해 이식 후 장기 조혈 과정에 참여하는 조혈 줄기세포 그룹이 정밀유전자 편집 기구 적용에 더 취약한 성질을 보인다는 사실을 도출했다.
이번 연구는 임상 진행 중인 렌티바이러스 벡터를 통한 유전자 삽입 세포와 앞서 기술한 유전자가위로 정밀 편집된 세포를 동일 개체에 동시 주입해 경쟁적 자가이식모델을 구축했다. 이식 세포 추적 연구를 통해 두 치료 기술의 유효성을 세계 최초로 비교 분석했다는 데 의미가 있다. 이를 통해 렌티바이러스로 유전자를 삽입한 세포의 체내 생존율이 월등히 높고 다클론성을 유지할 수 있다는 점도 증명했다.
유전자가위(CRISPR/Cas9)를 이용한 세포유전자치료제는 해당 유전자를 녹아웃시켜 기능을 감소시킬 수 있었다. 다만 다양한 변이를 통해 유발되는 유전질환에는 적용하기 어렵다는 한계가 있다. 바이러스벡터를 통한 유전자 삽입 방식은 백혈병 등 부작용 우려가 있다. CRISPR-상동재접합(Homology-Directed Repair) 방식을 통한 유전자 삽입은 이식 후 생체 내 지속성에 의문이 있었다.
이에 관련성 높은 전임상 모델에서 정밀 유전자 편집 조혈 줄기세포의 이식 후 생착과 지속성, 이를 통한 임상적 적용 가능성을 검증하는 것이 중요한 과제로 남아 있다.
이 교수는 “최근 유전자가위 기술을 활용한 카스게비(Casgevy)나 리프제니아(Lyfgenia) 같은 유전자 치료제가 치료용으로 승인됐지만, 동일 질환 치료제 개발을 위한 그래파이트 바이오(Graphite Bio) 임상실험(nula-cel)은 이유를 알 수 없는 혈액세포 감소증으로 중단된 바 있다”며 “이번 연구 결과는 그 이유를 과학적으로 설명해 최신 유전자 치료 기술의 임상적 적용 가능성을 가늠할 수 있도록 했다”고 설명했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(기본) 및 선도연구센터(SRC) 지원으로 수행됐다. 해당 논문은 생물학 분야 국제학술지 지난 20일 '셀 스템 셀(Cell Stem Cell)'에 게재됐다.
이지희 기자 easy@etnews.com
