줄기세포, 알츠하이머 치료의 열쇠가 될까?

2420 이은초

기억을 잃어버리는 병

전 세계적으로 65세 이상 노인에게서 약 5-10%의 유병률을 보이는 이 질병을 아는가?

이 병의 유병률은 선진국의 경우는 미국 13.9%, 캐나다 8%, 영국 6.6%, 이탈리아가 8.3% 였고, 개발도상국은 대체로 그보다는 전반적으로 낮은 유병률을 보여서 중국은 1.8%-4%, 인도 1.1% 였다.

65세 이상 한국 노인의 치매 유병률 및 치매 환자수 추이(2012년 전국 치매 역학조사) [출처 : 보건복지부정 노인성치매임상연구센터]

이 질병에 대한 전국 역학조사 결과, 2008년도 유병률 조사에서 해당 질병 인구수는 2025년에 100만, 2043년에 200만을 넘을 것으로 추정된 바 있고, 2012년 연구에서는 2024년에 100만, 2041년에 200만을 넘을 것으로 전망되어, 2008년 추정에 비해 100만을 넘는 시점은 1년, 200만을 넘는 시점은 2년 정도 앞당겨진 것으로 나타났다. 하지만 2016년 연구에서는 환자수가 100만 명을 넘는 시점은 2012년 조사와 마찬가지로 2024년으로 추정되었으나, 200만 명을 넘는 시점은 2039년으로 추정되어, 2012년 조사에 추정한 2041년보다 2년 빨라져 환자 증가속도가 가속화될 것으로 전망되었다.

2020년 기준 해당 질병 환자 중 65세 이상 환자 수는 83만 7,992명이었으며, 유병률은 10.3%이고, 성별 구성 비율은 남성이 39.1%, 여성이 60.9%로 추정되었다.

소위 기억을 잃어버리는 병이라 불리는 이 병의 이름은 ‘알츠하이머’이다.

알츠하이머에 대해 무엇을 알고 있나요?

그렇다면 알츠하이머는 대체 무엇일까? 지금부터 알아보자!

알츠하이머병 [alzheimer's disease]

치매 유형별 구성 비율(2019) [출처: 중앙치매센터]

많은 사람들이 알츠하이머가 치매 그 자체를 의미하는 줄 알지만 그것은 사실이 아니다. 알츠하이머는 치매를 일으키는 가장 흔한 퇴행성 뇌질환으로 서서히 발병하여 기억력을 포함한 인지기능의 악화가 점진적으로 진행되는 병이다. 즉, 알츠하이머는 치매의 한 종류로 볼 수 있다. 60세 이상 치매 환자의 73.5% 정도가 알츠하이머병에 의한 치매 증상을 보이는 것으로 알려져 있다. (2019년 치매 유형별 구성비율 조사 결과)

알츠하이머 병은 1907년 독일의 정신과 의사인 알로이스 알츠하이머 (Alois Alzheimer) 박사에 의해 최초로 보고되었다. 알츠하이머병의 대표적인 특징은 매우 서서히 발병하여 점진적으로 경과가 진행된다는 것이다. 초기에는 주로 최근 일에 대한 기억력에서 문제를 보이다가 진행하면서 언어기능이나 판단력 등 다른 여러 인지기능의 이상을 동반하게 되다가 결국에는 모든 일상생활 기능을 상실하게 된다. 알츠하이머병은 그 진행과정에서 인지기능 저하뿐만 아니라 망상, 공격성 증가, 우울증, 환각, 초조 행동, 성격 변화, 수면 장애 등의 정신행동 증상이 흔히 동반되며 말기에 이르면 보행 이상, 경직 등의 신경학적 장애 또는 대소변 실금, 욕창, 감염 등 신체적인 합병증까지 나타나게 된다.

알츠하이머가 나타나는 원인은 무엇일까?

알츠하이머병 환자의 뇌와 정상 노인의 뇌 모습 [출처 : 서울대학교 병원]

알츠하이머병의 원인에 대해서는 정확히 알려진 바가 없다. 현재 베타 아밀로이드(beta-amyloid)라는 작은 단백질이 과도하게 만들어져 뇌에 침착되면서 뇌 세포에 유해한 영향을 주는 것이 발병의 핵심 기전으로 알려져 있으나, 그 외에도 뇌 세포의 골격 유지에 중요한 역할을 하는 타우 단백질(tau protein)의 과인산화, 염증반응, 산화적 손상 등도 뇌 세포 손상에 기여하여 발병에 영향을 미치는 것으로 보인다. 대표적인 뇌 병리 소견인 신경반(혹은 노인반)은 베타 아밀로이드 단백질의 침착과 관련되어 있고 신경섬유다발은 타우 단백질 과인산화와 연관이 있다.

유전적인 요인이 전체 알츠하이머병 발병의 약 40~50%를 설명하는 것으로 보고되었는데, 직계 가족 중 이 병을 앓은 사람이 있는 경우 그렇지 않은 사람보다 발병 위험이 높아진다. 발병 위험을 높이는 대표적인 위험 유전자로 아포지단백 E ε4(APOE ε4) 유전자형이 있다. 우리나라에서 시행된 연구 결과를 보면 이 유전자형이 없는 사람에 비해 1개 가지고 있을 경우 약 2.7배, 2개 가지고 있는 경우 17.4배 정도 알츠하이머병의 위험성이 높아지는 것으로 나타나 있다.

가족력 혹은 유전적 요인 이외 고령은 알츠하이머병의 발병 위험을 증가시키는 주요 요인으로 알려져 있다. 65세 이후 매 5세 증가 시마다 알츠하이머병 유병률이 약 2배씩 증가하는 추세를 보인다. 그밖에 여성, 낮은 학력, 우울증 병력이나 두부 손상의 과거력 등이 병의 위험도를 높이는 요인으로 알려져 있으나 논란이 있다.

치료를 할 수는 없는 걸까?

그렇다면 알츠 하이병의 치료 방법은 무엇일까?

현재 알츠하이머병의 근본적인 치료 방법 또한 아직 개발되지 않았다. 그렇지만 증상을 완화시키고 진행을 지연시킬 수 있는 약물이 임상현장에서 사용되고 있다. 대표적인 약물로 아세틸콜린 분해효소 억제제가 있다. 더해서 비약물적 치료가 약물 치료와 병행하여 사용되기도 한다.

또 최근 줄기세포가 알츠하이머병 치료제로 주목받고 있다. 치료제를 설명하기에 앞서 줄기세포에 대해 간단히 알고 가자. 줄기세포란 분화되지 않은 세포로, 반복적으로 분열해 다른 종류의 분화 세포로 발달할 수 있는 능력을 지닌 세포를 말한다. 줄기세포를 이용한 의학적 적용은 줄기세포 적용 재생, 인공 장기 형성, 세포 치료 등이 대표적인 예로 그 가능성은 무궁무진하나 현재까지 연구와 응용은 초보단계이다.

그러던 중 국내 연구진이 인체 줄기세포를 이용한 마이크로로봇으로 뇌종양이나 알츠하이머 같은 뇌신경계 질환을 치료할 수 있는 방법을 개발해 주목받고 있다.

대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학 전공, DGIST-스위스 취리히 연방공과대(ETH) 마이크로로봇연구센터, 가톨릭대 서울성모병원 이비인후과 공동연구팀은 사람의 줄기세포를 이용해 외부 자기장으로 움직일 수 있는 마이크로로봇을 만들고 줄기세포 치료제를 뇌로 쉽게 이동시킬 수 있는 방법도 찾았다고 밝혔으며 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼스’에 실렸다.

줄기세포치료제는 다양한 질병에 대해 부작용이 적다는 장점이 있다. 하지만 체내 깊숙한 곳에 위치한 환부나 신체 부위에 정확한 양을 정확하게 전달하기 쉽지 않다는 한계가 있다. 또 줄기세포치료제가 전달되는 과정에서 체내에서 흡수되거나 사라지는 양이 많아 치료 효율성이 떨어지고 치료비용이 비싸다. 게다가 뇌 신경계에 치료가 필요한 경우는 뇌혈관 특유의 혈액-뇌 장벽 때문에 전달 효율이 떨어지기도 한다. 혈액-뇌 장벽은 뇌 속에 세균이나 이물질이 쉽게 침투하는 것을 막기 위한 뇌혈관의 특성이다.

이에 연구팀은 사람의 콧 속 작은 뼈인 하비갑개에서 추출한 줄기세포로 외부 자기장으로 움직일 수 있는 마이크로로봇을 개발했다. 생체 접합성이 높은 ‘사람 유래 줄기세포 기반 자성 마이크로로봇’은 외부에서 자기장을 이용해 무선으로 목표지점까지 빠르고 정확하게 약물을 전달할 수 있다는 장점이 있다. 실제로 생쥐를 이용해 실험한 결과 쥐의 혈액-뇌 장벽을 우회하는 후각 경로를 통해 마이크로로봇이 대뇌피질까지 정확하게 도달해 줄기세포치료제를 전달하는 것을 확인할 수 있었다.

연구에 참여한 DGIST 로봇공학 전공 최홍수 교수는 “이번에 개발한 기술은 기존의 수술법보다 효과적이고 안전하기 때문에 알츠하이머, 파킨슨병, 뇌종양 등 다양한 난치성 뇌신경계 질환 치료에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

그럼 여기서 또 의문이 들 것이다. 줄기세포 치료제는 무엇일까?

말 그대로 줄기세포를 인체에 투입하는 것이다. 질병의 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용하는 의약품으로, 고전적 약물 치료와는 다르게 인체에서 채취한 줄기 세포를 체외에서 조작하여 환자에게 다시 주입하는 새로운 방식의 세포치료제의 한 종류이다. 줄기세포 치료제는 손상된 조직 및 세포의 재생 및 복구, 회복을 통해 심근경색, 퇴행성관절염의 연골 손상, 신경, 점막 세포 등 다양한 세포 손상 질환 치료에 사용될 수 있다.

글로벌 줄기세포 시장 현황 및 전망(2019-2025년, 단위: 백만 달러), [출처: Mordor Imtelligence, 2020.08]

2019년 기준 137억 8,000만 달러(약 15조 3,605억 원) 규모였던 글로벌 줄기세포 시장은 연평균 10.2%의 고성장을 하고 있다. 앞으로도 탯줄 유래 줄기세포 인식 증가, 줄기세포 치료제 개발을 위한 R&D 이니셔티브 증가, 줄기세포 연구 관련 임상시험 승인 증가, 재생의료 관련 치료 수요 증가 등에 힘입어 오는 2025년에는 239억 5,000만 달러(약 27조 원) 규모로 확대될 전망이다.

글로벌 줄기세포 시장 대륙별 현황 및 전망(2018-2025년, 단위: 백만 달러)과 대륙별 시장 점유율(2019 기준), [출처: Mordor Intelligence]

글로벌 줄기세포 시장 대륙별 현황 및 전망(Mordor Intelligence, Global Stem Cell Market-Growth, Trends, and Forecasts(2020-2025), 2020.8) 자료를 보면 시장점유율은 북아메리카 지역이 104억 달러(약 11조 6,000억 원, 40%)로 가장 높은 비중을 차지하고 있고 다음으로 유럽, 아시아 태평양, 중동 및 아프리카, 남아메리카 순이다. 그중 우리나라가 속한 아시아 태평양 지역은 연평균 10.9%의 급격한 성장세를 보이고 있다. 일본이 가장 큰 비중을 차지하고 있으며 재생의학 분야에서의 줄기세포 활용 연구에 높은 관심을 보여 향후에도 크게 성장할 것으로 예상되고 있지만 우리나라도 국가줄기세포재생센터(줄기세포 등록부, 줄기세포은행) 구축 등의 정부 지원과 함께 비교적 많은 기업과 연구소가 설립되어 연구개발과 임상시험이 증가하고 있다.

국내 줄기세포 관련 사업을 하는 상장기업 네이처셀(대표 라정찬)은 줄기세포 치료제의 임상시험을 진행하고 있는데 코로나 확산으로 중단했던 임상시험에 최근 박차를 가하고 있다고 밝혔다.

네이처셀 측은 2019년 미국 임상시험 당시 “이번 1/2상 임상시험을 통해 안전성 확인과 알츠하이머 치매 환자의 여러 가지 증상 중 유의적인 효과가 기대되는 증상을 좁힐 수 있을 것으로 예상된다”며 “이에 따라 내년에 시작되는 차상위 임상에서는 줄기세포를 통해 알츠하이머 치매를 치료하는 가능성 탐색이 더욱 확실해질 전망”이라고 설명했다.

2021년 기준으로 세계 최대의 미국 임상시험 사이트(ClinicalTrial.gov)에 등록된 치매를 타깃으로 하고 있는 줄기세포치료제 임상은 총 9건이었다. 진행 중인 임상은 1상이 3건, 1/2상이 4건, 2상이 2건이었다. 아직까지 임상의 마지막 단계인 3상에 진입한 업체는 없다.

주목할 점은 9건의 임상 중 국내업체가 진행하는 임상이 3건이나 포함됐다는 점이다. 해당 업체는 차바이오텍, 메디포스트, 네이처셀이다. 차바이오와 메디포스트는 1/2상 단계에 있으며, 네이처셀은 2상 단계에 있다.

차바이오텍의 'CB-AC-02'는 태반 조직에서 추출한 기능성 세포를 이용했다. 투여 방법은 정맥주사 방식으로 투여되기 때문에 별도로 뇌수술을 필요로 하는 투여 방식에 비해 환자 본인과 의료진의 의료 시술적인 부담이 훨씬 덜 할 것으로 여겨진다.

메디포스트 '뉴로스템'은 제대혈(탯줄 혈액)에서 추출해 배양한 중간엽 줄기세포를 원료로 한다. 국내에서는 1·2a 임상을 종료했으나, 유효성에 대한 목표 달성에 실패한 바 있다. 현재는 투여 환자를 대상으로 장기 추적 조사를 진행하고 있으며, 그 결과에 따라 개발 지속 여부를 결정한다는 방침이다.

네이처셀은 자가지방 줄기세포 투여 기술을 이용해 '아스트로 스템'을 개발 중이다. 아스트로 스템은 지난해 미국에서 1·2a 임상을 마쳤으며, 국내사 중에서는 임상 단계가 가장 앞서 있다.

이렇듯 글로벌·국내 줄기세포 시장은 R&D 지원 및 임상시험 승인 확대와 재생의료에 대한 수요 증가 등으로 인해 시장 성장이 촉진될 것으로 예상된다.

차병원그룹 줄기세포연구소 이 동룔 소장(오른쪽)이 줄기세포 치료제 개발을 위해 세포를 배양하고 있다. [출처: 중앙일보]

아직 알츠하이머의 원인이나 치료방법이 정확히 밝혀진 것도 개발된 것도 아니지만 세계적으로 줄기세포 연구가 가속화되고 있고 많은 연구결과들이 축적되고 있기 때문에 가까운 미래에는 줄기세포 치료제를 비롯한 다양한 치료제가 나와 상용화될 것으로 기대된다.

이 글을 작성하며 들었던 생각은

평소 매체를 통해 치매를 많이 접해왔지만, 그 이상으로 치매에 관심을 두거나 조사해 본 적이 없는데 이번 매거진 활동을 통해 알츠하이머와 줄기세포라는 주제로 글을 쓰게 되면서 치매의 종류 중 하나인 알츠하이머와 줄기세포 치료제에 대해 많이 알게 되었다. 의학에 관심이 많고 좋아하기에 다양한 주제 중에서 알츠하이머를 고른 것이지만 자료 조사 후 내가 의학에 갖는 관심과 흥미에 비해 정말 무지했다는 생각이 들었다. 때문에 나는 매거진 작성을 하며 정말 많은 정보들을 습득할 수 있었다.

단지 누군가에게 보여주기 위한 글이 아닌 나 스스로가 배우면서 쓴 글이기에 글을 완성하고 나서 굉장히 뿌듯했다. 알츠하이머와 어쩌면 생소한 줄기세포 치료제라는 주제로 글을 쓰며 어려웠던 부분도 많았지만 배운 것도 많고 얻은 것도 많아 오랜 시간이 지나도 잊지 못할 활동일 것이라 생각한다.

끝으로 주변에 알츠하이머 환자가 없어서 실감을 하지 못했지만 알츠하이머 유병률 및 치매 환자 수를 나타낸 그래프와 알츠하이머의 원인과 치료방법이 정확히 알려지지도 개발되지도 않았다는 사실을 보고 그 심각성을 깨닫게 되었다. 하루빨리 문제가 없고 안전성이 증명된 알츠하이머 치료제들이 개발되길 바라고 알츠하이머와 줄기세포 치료제를 비롯한 치료 방법에 많은 관심과 노력이 필요하다고 생각한다.

<출처>

- 조민규, “[제약 연구] 네이처셀, 알츠하이머병 줄기세포치료제 1, 2a상 결과보고서 美FDA 제출 완료 外”, 쿠키뉴스, 2020. 01. 06.

- 이해선, “네이처셀, ‘알츠하이머’ 줄기세포치료제 美 임상 완료”, 굿모닝 경제, 2019. 06. 27.

- 김준호, “알츠하이머병 원인 아포지단백-E ε4 뇌혈관 장벽 투과도 좌우”, 메디칼트리뷴, 2020. 10. 26.

- 최봉영, “줄기세포 기반 치매 치료제 개발, 한국이 글로벌 임상 ‘주도’”, 디멘시아 뉴스, 2021. 06. 23.

- 배정원, “'아직 시작이지만…' 전 세계 줄기세포치료제 중 절반은 한국산”, 중앙일보, 2020. 06. 03.

- 최봉영, “2020년 65세 이상 치매환자 83만 8천 명... 유병률 10.3%”, 디멘시아 뉴스, 2021. 03. 04.

- 최봉영, “2050년 치매환자 300만 돌파... 4년 전 조사보다 10년 빨라져”, 디멘시아 뉴스, 2019. 01. 16.

- 이길상, “중앙치매센터, 「2016년 전국 치매 역학조사」 결과 발표”, 시니어 신문, 2018. 12. 30.

- 중앙치매센터 홈페이지, https://www.nid.or.kr/

- 약학정보원 홈페이지, http://www.health.kr/