흉터 개선을 위한 세포 기술 적용

현대 과학은 "생명공학"이라는 일반적인 명칭으로 통합된 여러 관련 학문 분야의 급속한 발전을 특징으로 합니다. 생물학, 세포학, 분자유전학, 유전공학, 이식학 분야의 최신 업적을 기반으로 하는 이 과학 분야는 모든 생명체의 기본 구조 단위인 식물과 동물 세포에 내재된 엄청난 잠재력을 활용하는 것을 목표로 합니다. "살아있는 세포는 최종 생성물을 형성하는 과정뿐만 아니라 시스템의 촉매 활성을 높은 수준으로 유지하는 데 도움이 되는 여러 다른 과정들이 구현된 기성 생명공학 반응기입니다." - 존 우드워드, 1992. 세포 과학의 시작은 1665년 영국의 물리학자 R. 후크가 최초의 현미경을 만들고 코르크 마개에서 세포(cellulae, "세포")를 발견하면서 시작되었습니다. 1829년, M. 슐라이덴과 T. 슈반은 모든 생명체가 세포로 구성되어 있음을 증명하는 "세포 이론"을 입증했습니다. 1858년, R. 비르호는 모든 질병이 세포의 구조적 조직과 대사의 이상에서 기인한다는 것을 증명했습니다. 그는 "세포 병리학"의 창시자가 되었습니다. 1907년에서 1911년 사이에 R. 해리슨과 A. A. 막시모프는 체외에서 세포를 배양할 수 있음을 증명하며 세포 과학에 근본적인 공헌을 했습니다. 그들의 연구는 세포 배양을 위해서는 동물 조직과 식물의 일부를 기계적으로 작은 조각으로 분리해야 한다는 것을 보여주었습니다. 세포를 분리하기 위해 날카로운 칼이나 마이크로톰을 사용하여 조직을 약 0.5~1.0mm 두께의 얇은 조각으로 자릅니다. 세포의 물리적 분리를 고정화라고 합니다. 분리된 세포는 식물이나 조직 조각을 효소적으로 분산시켜 얻습니다. 날카로운 가위로 분쇄한 후, 트립신이나 콜라게나아제로 처리하여 특수 배지에 개별 세포 또는 미세 응집체를 현탁시킨 현탁액을 얻습니다. 알긴산 겔(알긴산칼슘)은 식물 세포를 고정하는 데 널리 사용됩니다. 고정화된 식물 및 동물 세포는 생합성 능력을 유지하는 것으로 입증되었습니다. 세포 생합성 산물은 세포 내에 축적되며, 그 발현은 자연적으로 또는 세포막 투과성 증가를 촉진하는 특수 물질의 도움으로 이루어집니다.

동물 세포 배양은 식물 세포 배양보다 훨씬 복잡한 과정으로, 특수한 현대 장비, 첨단 기술, 다양한 배지, 그리고 세포의 생존력을 보존하고 높은 기능적 활성 상태를 유지하도록 설계된 성장 인자가 필요합니다. 신장, 간, 피부 조직과 같은 고형 조직의 세포 대부분은 표면 의존성이므로, 기질 표면에 직접 결합된 얇은 시트 또는 단층 형태로만 시험관 내에서 배양할 수 있습니다. 조직의 효소적 분산을 통해 얻은 세포의 수명, 증식 및 기능적 안정성은 배양하는 기질에 따라 크게 달라집니다. 척추동물 조직에서 얻은 모든 세포는 표면 전하를 띠는 것으로 알려져 있으므로, 양전하를 띤 기질이 고정화에 적합합니다. 전체 조직에서 직접 얻은 분리 세포는 고정화된 상태로 1차 배양에서 10~14일 동안 높은 특이성과 민감도를 유지하면서 배양할 수 있습니다. 고정화된 표면 의존성 세포는 오늘날 생물학, 특히 임상 연구에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 세포 발달 주기, 성장 및 분화 조절, 정상 세포와 종양 세포의 기능적 및 형태적 차이를 연구하는 데 사용됩니다. 고정화된 세포 단층은 생물학적 활성 물질의 정량 분석, 그리고 다양한 약물과 독소의 효과 연구뿐만 아니라 생물 검사에도 사용됩니다. 모든 전문 분야의 의사들은 수십 년 동안 세포를 치료제로 사용하는 데 큰 관심을 보여 왔으며, 현재 세포 기술은 이러한 방향으로 빠르게 발전하고 있습니다.

조직 및 세포 치료의 시작은 1913년, 건강한 기증자의 각막을 백내장 환자에게 이식한 결과를 연구하며 조직 치료 이론의 토대를 마련한 유명한 러시아 과학자 VP 필라토프의 이름과 관련이 있습니다. 그는 각막 이식 연구를 진행하면서 -2~4도의 온도에서 1~3일 동안 냉장 보관한 각막이 신선한 각막보다 뿌리가 더 잘 자란다는 사실을 발견했습니다. 이를 통해 세포가 불리한 환경에서도 특정 물질을 분비하여 이식된 조직과 수혜자 조직의 생명 활동을 촉진하고 재생 과정을 촉진하는 특성을 발견했습니다. 신체에서 분리된 조직과 세포는 스트레스 상태, 즉 생명 활동이 둔화됩니다. 혈액 순환이 중단되고 영양 공급이 중단됩니다. 조직 호흡은 극도로 어려워지고 신경 분포와 영양 상태가 교란됩니다. 새로운 질적 상태에 도달하여 새로운 생존 조건에 적응하면서 세포는 약효가 있는 특수 물질을 생성합니다. VP 필라토프는 이러한 비단백질성 물질을 생체 자극제라고 불렀습니다. 그는 VV 스코로딘스카야와 함께 동물 및 식물 유래 물질을 불리한 조건에서 보관한 후 120°C에서 한 시간 동안 자유롭게 고압멸균할 수 있으며, 활성을 잃지 않았을 뿐만 아니라 오히려 활성을 증가시켰음을 확인했습니다. 이는 보존된 조직에서 생물학적 자극제가 방출되었기 때문입니다. 또한, 항원성을 상실하여 거부 반응을 현저히 감소시켰습니다. 보존된 무균 물질은 피하 이식(plantation)이나 추출물 주사 형태로 체내에 도입되었으며, 만족스러운 결과를 얻었습니다. 또한 태아 조직은 성인 조직보다 훨씬 많은 생물학적 활성 물질을 함유하고 있으며, 일부 요인은 배아에서만 발견된다는 사실도 밝혀졌습니다. 접종된 태아 조직은 세포질막에 종, 조직 및 개체 특이성을 담당하는 단백질(주조직적합성 복합체 단백질)이 없기 때문에 수혜자의 신체에서 이물질로 인식되지 않습니다. 결과적으로, 동물 태아 조직을 인체에 접종해도 면역 보호 기전이나 부적합 및 거부 반응이 유발되지 않습니다. 필라토프 부사장은 그의 진료에 인간 태반과 피부를 널리 사용했습니다. 치료 과정은 조직 추출물 30~45회 주사와 고압멸균된 조직 1~2회 이식을 포함했습니다.

인간과 동물의 조직과 세포로 연구를 시작한 그는 자신의 일반화를 식물계로 확장했습니다. 알로에, 질경이, 아가베, 비트 잎, 세인트존스워트 등 식물의 살아있는 부분을 대상으로 실험을 진행하면서, 식물이 생명 기능을 위해 빛을 필요로 하기 때문에 잘라낸 잎을 어두운 곳에 두는 등 식물에 불리한 환경을 조성했습니다. 또한 하구 진흙과 토탄은 미생물총과 미소동물의 참여로 형성된다는 점을 고려하여, 하구 진흙과 토탄에서 생물학적 자극제를 분리했습니다.

조직 치료는 1970년대 후반, 수십 년간 축적된 지식과 경험을 바탕으로 동물 및 식물 조직과 세포를 질적으로 새로운 수준으로 활용하여 인간을 치료하고 활동적인 수명을 연장하는 데 새로운 국면을 맞이했습니다. 국내 일부 병원과 여러 해외 병원에서는 갱년기 증후군을 동반한 생리적 폐경 여성이나 난소 절제술을 받은 여성에게 태반, 시상하부, 간, 난소, 흉선, 갑상선의 태아 조직을 이용한 조직 치료를 시행하여 노화, 죽상동맥경화증, 골다공증의 진행, 면역계, 내분비계, 신경계 기능 장애를 늦추고 있습니다. 서유럽에서 가장 권위 있는 노인성 미용 클리닉 중 한 곳에서는 숫양 생식샘의 태아 조직에서 추출한 추출물을 주사하여 수십 년 동안 동일한 목적으로 사용해 왔습니다.

우리나라에서도 생체자극 치료가 널리 사용되고 있습니다. 최근까지 다양한 질환을 가진 환자들에게는 VP 필라토프의 방법에 따라 제조된 태반 추출물, 알로에, 칼랑코에, 세덤 메이저(바이오시드), FiBS, 펠로이드 증류액, 펠로이딘, 토탄, 휴미솔 주사가 적극적으로 처방되었습니다. 현재 약국에서 동물성, 식물성, 광물성 유래의 이처럼 효과적이고 저렴한 국산 조직 제제를 구입하는 것은 거의 불가능합니다.

수입산 인체 조직 및 장기에서 다양한 생물학적 제제를 얻는 기초, 예를 들어 루말론(연골 조직 및 골수에서 추출), 액토베긴(송아지 혈액에서 추출), 솔코세릴(소 혈액 추출물)과 같은 국내 제제, 즉 유리체(소 눈의 유리체에서 추출), 케라콜(소 각막에서 추출), 스플레닌(소 비장에서 추출), 에피탈라민(시상하부-골단부에서 추출) 역시 필라토프 부회장의 연구입니다. 모든 조직 제제의 공통적인 특징은 전신에 미치는 일반적인 효과입니다. 따라서 필라토프 부회장의 "조직 치료"는 세포 및 세포 생합성 산물과 관련된 외과, 면역학, 산부인과, 노년학, 연소학, 피부과 및 미용학 분야에서 가장 현대적인 발전과 방향의 기초를 형성했습니다.

조직 이식 문제는 고대부터 인류의 관심사였습니다. 기원전 8,000년경의 에버스 파피루스에는 신체 각 부위의 결함을 보완하기 위한 조직 이식의 활용에 대한 언급이 이미 있습니다. 기원전 1,000년경에 살았던 인도 과학자 수슈루타의 "생명의 서(Book of Life)"에는 뺨과 이마의 피부를 이용하여 코를 복원하는 방법에 대한 자세한 설명이 있습니다.

기증 피부의 수요는 성형 및 재건 수술 건수의 증가에 비례하여 증가했습니다. 이와 관련하여 사체 및 태아 피부가 사용되기 시작했습니다. 기증 자원을 보존하고 인간 피부를 동물 조직으로 대체하는 방법과 다양한 피부 모델링 옵션을 찾아야 할 필요성이 있었습니다. 그리고 1941년 P. Medovar가 체외에서 각질세포 성장의 근본적인 가능성을 처음으로 입증했을 때 과학자들은 이러한 방향으로 노력했습니다. 세포 기술 개발의 다음 중요한 단계는 Karasek M.과 Charlton M.의 연구였습니다. 이들은 1971년 CC 배양을 위한 기질로 콜라겐 젤을 사용하여 일차 배양에서 자가 각질세포를 토끼 상처에 성공적으로 이식하여 배양에서 세포 증식을 개선했습니다. J. Rheinvvald. H. Green은 대량의 인간 각질세포를 연속 배양하는 기술을 개발했습니다. 1979년 그린과 그의 공동 저자들은 광범위한 화상의 경우 피부를 회복하는 데 있어 각질세포 배양을 치료적으로 사용할 수 있는 가능성을 발견했고, 그 후로 꾸준히 개선된 이 기술은 해외 화상 센터와 국내의 외과 의사들에 의해 사용되기 시작했습니다.

살아있는 세포를 연구하는 과정에서 세포가 비단백질 유래의 생체 자극인자뿐만 아니라, 전체 유기체의 항상성 조절에 중요한 역할을 하는 다양한 사이토카인, 매개체, 성장인자, 폴리펩타이드를 생성한다는 사실이 밝혀졌습니다. 또한, 다양한 세포와 조직에 펩타이드 생체 조절인자가 존재하며, 이는 광범위한 생물학적 작용을 하고 다세포 시스템의 발달 및 기능 과정을 조절하는 것으로 밝혀졌습니다. 세포 배양을 치료제로 사용하는 시대가 열렸습니다. 우리나라에서는 최근 수십 년 동안 섬유아세포 현탁액과 다층 각질세포층 이식이 연소학에 도입되었습니다. 화상 환자에게 피부 세포를 이식하는 데 대한 이러한 적극적인 관심은 넓은 화상 부위의 신속한 봉합과 공여 피부 부족으로 설명됩니다. 기증자 피부 면적보다 1000배 또는 10,000배 더 넓은 상처 표면을 덮을 수 있는 작은 피부 조각에서 세포를 분리할 수 있다는 가능성은 연소학과 화상 환자에게 매우 매력적이고 중요한 것으로 입증되었습니다. 각질세포층 생착률은 화상 부위, 연령 및 환자의 건강 상태에 따라 71.5%에서 93.6%까지 다릅니다. 각질세포와 섬유아세포 이식에 대한 관심은 피부 결손을 빠르게 봉합할 수 있는 가능성뿐만 아니라, 이러한 이식이 이식을 통해 얻은 조직의 외관을 개선하는 강력한 생물학적 활성 잠재력을 가지고 있다는 사실과 관련이 있습니다. 새로운 혈관 형성, 저산소증 완화, 영양성 향상, 미성숙 조직의 성숙 촉진은 이식된 세포에서 성장 인자와 사이토카인이 방출되어 발생하는 이러한 긍정적인 변화의 형태 기능적 기반입니다. 따라서 자가 및 동종 각질세포와 섬유아세포의 다세포층을 넓은 상처 표면에 이식하는 혁신적인 세포 기술이 의료 현장에 도입됨에 따라, 연소의학자들은 피부 병변 비율이 높은 화상 환자의 사망률을 감소시켰을 뿐만 아니라 IIb, IIIa, b도 화상 부위에 필연적으로 발생하는 흉터 조직을 질적으로 개선할 수 있었습니다. 화상 환자의 상처 표면 치료 경험을 바탕으로, 다양한 피부 및 미용 질환(영양성 궤양, 백반증, 모반, 수포성 표피박리증, 문신 제거, 노화 관련 피부 변화, 흉터 개선)에 대한 피부외과 진료에서 이미 수정된 그린 기법을 활용하는 방안을 제시했습니다.

외과, 성형외과, 피부미용학에서 동종이계 각질세포를 사용하는 것은 자가 각질세포를 사용하는 것보다 여러 가지 장점이 있습니다. 세포 물질을 미리 무제한으로 제조하고, 필요에 따라 보존하고 사용할 수 있기 때문입니다. 또한 동종이계 각질세포는 체외 배양 시 HLA 복합체 항원을 운반하는 랑게르한스 세포가 소실되기 때문에 항원 활성이 감소하는 것으로 알려져 있습니다. 여러 저자에 따르면, 이식 후 10일에서 3개월 이내에 자가 세포로 대체된다는 사실도 동종이계 각질세포의 사용을 뒷받침합니다. 이러한 이유로 오늘날 여러 국가에서 세포 은행이 설립되어 필요한 양의 세포를 적시에 확보할 수 있습니다. 이러한 은행은 독일, 미국, 일본에 있습니다.

피부미용학에서 세포 기술 활용에 대한 관심은 "세포 구성"이 강력한 생체 에너지 및 정보 잠재력을 지니고 있어 질적으로 새로운 치료 결과를 얻을 수 있기 때문입니다. 이식된 세포에서 분비되는 오토카인(성장 인자, 사이토카인, 일산화질소 등)은 주로 체내 섬유아세포에 작용하여 합성 및 증식 활동을 증가시킵니다. 섬유아세포는 진피의 핵심 세포이며, 그 기능적 활동이 모든 피부층의 상태를 결정하기 때문에 이러한 사실은 연구자들에게 특히 매력적입니다. 또한 소작술, 레이저, 바늘 및 기타 기구로 피부가 손상되면 골수, 지방 조직 및 모세혈관 주위세포에서 유래한 섬유아세포의 새로운 줄기 전구체가 피부에 공급되어 세포 풀의 "회춘"에 기여하는 것으로 알려져 있습니다. 그들은 콜라겐, 엘라스틴, 효소, 글리코사미노글리칸, 성장 인자 및 기타 생물학적으로 활성한 분자를 적극적으로 합성하기 시작하여 피부의 수분 공급과 혈관 형성을 증가시키고 피부의 강도를 향상시킵니다.