『2154년 미래 도시. 아픈 아이를 안고 첨단 치료 기계를 찾아 목숨을 건 질주를 한 엄마가 마침내 목적한 공간에 아이를 눕히자 ‘다발성 복합 골절’이란 병명이 뜨면서 자동으로치료가 이뤄진다. 순식간에 뼈가 아물며 아이는 기적처럼 두 발로 일어서는데….』맷 데이먼이 주인공으로 나온 공상과학(SF)영화 ’엘리시움‘의 한 장면이다.
과학기술정보통신부가 주최하고 한국연구재단과 서울경제신문이 공동주관하는 ‘이달의 과학기술인상’ 12월 수상자인 김종필(48·사진) 동국대 화학과 교수는 몸의 세포를 신경세포로 바꾸는 세포 운명전환(Reprogramming) 기술 개발을 통해 이같은 생명과학의 새로운 가능성을 보여줬다. 세포 운명전환은 태어날 때 정해진 세포의 운명을 바꾸는 기술로 1세대 배아줄기세포 기술에서 출발해 성체, 역분화를 거쳐 현재 체내에서 직접 세포를 교차하는 4세대 기술이다.
김 교수는 세포 운명전환으로 치매와 같은 난치병 치료와 재생의학 도약의 발판을 마련하고 있다는 평을 듣는다. 그는 “제 연구주제를 설명할 때 영화 ‘엘리시움’의 한 장면을 소개하곤 한다”며 “장애가 있는 딸을 둔 부모가 생명을 건 모험 끝에 딸을 치료기계로 데려가자 놀랍게도 10초 만에 완치되는 장면인데 제가 수행하는 연구도 이와 유사하다”고 소개했다. 차세대 재생의료 분야에서 ‘약방의 감초’ 라고 할 수 있는 세포 운명전환 기술과 유전자 편집기술을 통해 현재의 의료기술로는 치료가 어려운 뇌질환을 치료할 수 있는 신 세포재생 치료기술을 개발하는 게 그의 연구 목표다.
하지만 아직까지 현실에서는 SF와는 딴판이다. 비교적 쉽게 재생되는 피부세포와 달리 한 번 손상된 신경세포는 재생이 어렵다. 이에 모든 기관으로 분화가 가능한 줄기세포를 주입하는 치료법이 제시됐지만 줄기세포의 제한적 분화 능력 때문에 효과가 기대에 미치지 못했다. 대안으로 떠올랐던 역분화 줄기세포는 암과 같은 종양을 유발하는 위험성이 높아 실제 치료에 적용하는 데 어려움이 따른다. 역분화 줄기세포는 완전히 자란 체세포에 세포분화 관련 유전자를 지닌 조작된 유전자를 주입해 배아줄기세포처럼 세포 생성 초기의 만능세포 단계로 되돌린 세포이다.
김 교수 연구팀은 최신 줄기세포 기술에 나노기술을 결합해 생체 내에서 세포의 운명전환 조절이 가능한 시스템을 확립하고 이를 기반으로 차세대 세포 운명전환 원천기술을 완성했다. 신경세포가 손상된 쥐에 금 나노입자를 투입하고 전자기파를 전달하는 실험을 통해 손상된 신경세포 주변의 세포가 신경세포로 바뀌고 파킨슨병 증상도 개선되는 것을 확인했다.
연구팀은 지난 2017년 네이처 나노테크롤로지에 관련 논문을 게재한데 이어 알츠하이머 뇌신경 세포를 타깃으로 하는 최신 유전자 편집치료 기술을 개발하는 등 의료현장에 응용 가능한 기술개발에 매진하고 있다. 김 교수는 “이번 연구는 기존 재생의학의 한계를 극복할 수 있는 생체내 세포 운명전환 기술을 완성한 데 의의가 있다”며 “제 연구가 차세대 재생의료 현장에서 활용되려면 보다 많은 연구가 필요하지만 후속연구를 통해 세포 재생기술을 선도하는 혁신적 세포치료기술 발전에 기여하겠다”고 포부를 밝혔다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
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