미토콘드리아 '영원한 젊음' 여는 열쇠일까
자기 미토콘드리아 주입해 신체 기능 회복 연구
우리 몸은 늙습니다. 신체 기능은 저하되고 활력도 떨어집니다. 고장난 장기를 자동차 부품 갈듯 새로 교체하면 좋겠지만, 유전적 차이 등 때문에 발생하는 부작용으로 '교체'는 몸에 더욱 더 큰 부담이 될 수 있습니다. 이런 가운데 최근 미토콘드리아가 주목받고 있습니다. 세포소기관으로써 신체 기능의 작동하는 엔진 역할을 합니다. 자신의 미토콘드리아를 배양, 주입함으로써 떨어진 신체 기능을 복원하는 치료법이 등장하고 있습니다. 미토콘드리아를 계속 교체하면서 이론적으로는 '영원한 젊음'을 누릴 수 있을지도 모릅니다. 이 미토콘드리아에 대해서 간략히 정리해봤습니다.
[신체 기능의 한계, 노화는 왜 일어날까]
신체 세포와 같은 유기화합물(C6H12O6)은 산소(O2)와 결합하면 이산화탄소(CO2)와 물(H2O), 탄수화물 형태의 에너지를 생성합니다. 음식물을 분해, 소화하거나 운동으로 신진대사가 빨라지면 몸은 평소보다 많은 양의 이산화탄소와 물, 에너지를 만들어냅니다. 신진대사가 빨라진다는 것은 그만큼 세포 활동이 활발했으며, 산소 소비량도 컸다는 의미입니다. 산소 소비량이 많아지면, 신체 노화는 피할 수 없습니다. 인체의 생물학적 작용은 유기물이 산소(O2)를 만나 에너지와 물(H2O)·이산화탄소(CO2)를 배출하는 연소 반응식과 일치합니다. 신체의 노화는 실제 몸을 불 태우는 것과 같은 프로세스. 산소는 우리가 살아가는 데 있어 꼭 필요한 요소지만, 과도한 산소는 노화를 촉진. '산소 같은 여자'란 말은 화학적으로 '노화가 빨리 진행되는 여자'로 비유할 수 있습니다..
과다한 산소 소비는 미토콘드리아의 수명을 단축시킵니다. 미토콘드리아가 죽거나 망가지면 신체 조직도 함께 둔화시킵니다. 미토콘드리아가 세포호흡을 해 에너지를 만들 때마다 부산물로 짝짓지 않은 전자를 가지는 원자단 라디칼이 생성됩니다. 라디칼은 짝을 짓지 않았기 때문에 불안정하고 유전자 세포나 단백질을 만나면 쉽게 반응해 세포 분자를 깨버립니다. 몸 속에서 급격한 화학 반응을 일으켜 퇴행성 질환이나 암 등을 유발할 수 있습니다. 라디칼의 체내 화학 반응이 인간 노화의 원인입니다. 소식이 장수의 비결인 이유도 산소 소모량 때문입니다.
[미토콘드리아란]
세포소기관으로 산소를 사용해 세포호흡, 세포에 필요한 에너지인 ATP(Adenosine triphosphate)를 생산합니다. 세포 내 에너지 생산 공장. ATP에 저장된 에너지는 물질이동·신호전달 등 몸의 모든 생명 작용을 유지하는 데 필요하며, 호흡이 활발한 세포일수록 미토콘드리아를 많이 함유합니다.. 세포호흡이 벌어지지 않으면 생명에 필요한 에너지원을 생산할 수 없어 사람은 목숨을 잃을 수 있습니다.
[가설]
에마니 교수의 연구처럼 신체 기능이 저하된 세포(기관)에 미토콘드리아를 주기적으로 보충하면 세포 기능의 저하나 손상을 복원할 수 있습니다. 신체 기능의 저하로 발생하는 질병이나 노화를 미토콘드리아의 주입(교체)로 치료하고 막을 수 있습니다.
[연구]
#1
2005년 미국 UC버클리·스탠퍼드대 연구진은 늙은 쥐와 어린 쥐의 혈관을 연결해놓아 늙은 쥐의 근육·간·심장 세포가 회복됐다는 연구 결과를 발표.
#2
2012년 5월 줄기세포가 자신의 미토콘드리아를 손상된 세포에 전달한다는 연구결과 발표. 폐질환 쥐에 인간 골수중간엽줄기세포를 투여. 전달된 세포는 죽어가는 폐세포에 자신의 미토콘드리아를 전달하고 사라져. 폐세포로 들어간 인간의 미토콘드리아는 활성산소 발생을 감소, 염증반응을 억제.
#3
2017년 에마니 교수의 '허혈 재관류 손상 후 기능 장애에 대한 자가 미토콘드리아 이식' 연구. 비허혈성 골격근에서 채취한 건강한 자가 미토콘드리아를 허혈성 손상 후 손상된 심근에 주입해 심실 기능 향상을 도모. 5명의 피실험자 중 4명은 심실 기능의 개선.
#4
2017년엔 알츠하이머 환자들에게 청년의 혈장을 수혈해 일상생활 능력이 개선되는 것을 확인.
[응용 분야]
-노화·신체기능 퇴행과 관련한 대부분 분야
미토콘드리아를 주기적으로 보충하거나, 손상을 복원함으로써 노화를 늦출 수 있을 수 있어. 간 등 장기 기능의 퇴화는 오랜 기간 스트레스를 받은 간 미토콘드리아가 에너지를 제대로 못 만들어내 생화학 작용을 못하기 때문. 기억을 잃어가는 파킨슨병도 죽은 미토콘드리아가 축적돼 뇌 신경 조직이 망가져서 발생하며, 나이들수록 잔병치레가 많아지는 것도 면역력을 재생하는 기능이 떨어지기 때문. 노인의 기초대사량이 떨어지고 운동해도 근육이 잘 안 생기는 것도 에너지를 소비, 생성하는 미토콘드리아의 기능이 퇴화. 이런 신체 노화를 미토콘드리아 주입을 통해 극복 가능성. 미국 스텔스바이오테라퓨틱스는 근위축증·바스증후군 등 희귀질환 치료제를 개발 중이며 2019년 2월 나스닥에 상장. 러시아 국영기업 러스나노가 운영하는 미토텍도 노화 방지 기술을 보유.
-모계 유전병 치료
미토콘드리아 유전자(mtDNA)는 모계 유전. 정자와 난자가 만나 수정이 되면 정자의 미토콘드리아는 난자 안에서 자가포식 작용으로 모두 제거. 난자의 미토콘드리아 DNA에서 돌연변이가 발생하면 그대로 자식에게 유전. 미토콘드리아 DNA 계통도를 만들어 시간에 따른 인류의 이동 경로도 추측해, 인류의 시조가 아프리카에서 기원했을 것이란 추정도 나와. ‘미토콘드리아 이브’라고 불리는 인류의 시조에게서 물려받은 미토콘드리아 DNA가 현생 인류에게 유지. 모계의 미토콘드리아 문제가 있으면 아이도 100%의 확률로 유전병을 얻어. 영국은 2015년부터 '세 부모 아기(Three-Parent Baby)'라는 제도를 시행. 엄마가 유전병이 있을 경우 다른 여성의 정상적 미토콘드리아를 얻어 아이에게 유전시키는 것. 이런 미토콘드리아의 특성을 이용한 유전병 치료의 사업화.
-표적항암제 등 약물 전달 플랫폼
표적 항암제 등 약물전달체로도 활용할 수 있어. 미토콘드리아를 플랫폼 치료제를 세포에 직접 투여하는 방식의 치료법. 줄기세포를 이용한 미토콘드리아 전달 기술을 응용해, 줄기세포에서 미토콘드리아만 분리해 다른 세포에 주입. 재생 능력이 강화된 줄기세포나 암세포 살상 능력이 향상된 면역세포를 제조하거나 특정 세포를 표적해 미토콘드리아에 인위적으로 부착한 유전자나 단백질을 전달할 수도. 이스라엘의 미노비아가는 세포 치료제 임상 2상까지 진행하며 치료제 개발이 탄력. 국내 미토이뮨테라퓨틱스·파이안바이오·엘마이토테라퓨틱스 등의 기업들이 희귀질환과 항암·호흡기질환 치료제를 개발.
-피부 미용
자신의 미토콘드리아를 배양해 체내에 주입함으로써 피부를 복원하는 등의 미용 기술로 활용. 최근 미토콘드리아를 세포에 주입 후 원심분리함으로써 생존율을 비약적으로 높인 기술이 개발돼 본격 상업화.
[참고 기사]
Dying Organs Restored to Life in Novel Experiments(Newyork Times, 2018.7.10)
(https://www.nytimes.com/2018/07/10/health/mitochondria-transplant-heart-attack.html)
[내용]
2018년 미국 보스턴어린이병원의 매컬리 연구팀이 선천성 심장질환을 가진 태아가 산모 뱃속에서 호흡을 멈춤. 병원의 시타람 에마니 교수가 태아의 근육에서 미토콘드리아 10억 개를 분리해 태아의 심장 근육에 직접 주입. 새 미트콘드리아는 기능을 하지 못하는 미토콘드리아를 대체하며 질환을 호전시킴.
[참고 문헌]
Sitaram M EmaniL Piekarski, David Harrild, Pedro J Del Nido, James D McCullyBreanna. (2017). Autologous mitochondrial transplantation for dysfunction after ischemia-reperfusion injury.
한국경제신문, [최용수의 미토콘드리아 세상] 미토콘드리아의 한 부모 유전법칙 벗어나기
https://www.hankyung.com/it/article/202109131428i
일요신문, 운동으로도 못 멈추는 노화시계, 답은 ‘미토콘드리아’에 있다
https://ilyo.co.kr/?ac=article_view&entry_id=404197
미토콘드리아를 이용한 치료약 후보물질의 임상시험 계획 승인 받음
https://blog.naver.com/ghleeart/222409802518
