세포 이식의 한계, 위험 및 합병증

재생 성형 의학은 배아줄기세포와 전구줄기세포의 전능성과 다능성 특성을 임상적으로 구현하는 데 기반을 두고 있으며, 이를 통해 시험관 내와 생체 내에서 환자의 손상된 조직과 장기를 재생시키는 특정 세포주를 생성할 수 있습니다.

배아줄기세포와 인간 최종 조직의 줄기세포(소위 "성체" 줄기세포)를 치료 목적으로 사용할 수 있는 가능성은 더 이상 의심의 여지가 없습니다. 그러나 미국 국립의학아카데미(Stem cells and the future regenerative medicine, National Academy Press)와 미국 국립보건원(National Institute of Health, Nat. Inst. of Health USA) 전문가들은 적절한 생물학적 모델을 이용한 실험을 통해 줄기세포의 특성을 더욱 면밀히 연구하고 이식의 모든 결과를 객관적으로 평가한 후에야 임상에 줄기세포를 사용할 것을 권고합니다.

줄기세포는 세 배엽 모두에서 유래된 조직 유래 세포라는 것이 밝혀졌습니다. 줄기세포는 망막, 각막, 피부 표피, 골수, 말초혈액, 혈관, 치수, 신장, 위장관 상피, 췌장, 간에서 발견됩니다. 현대적 방법을 통해 신경줄기세포가 성인의 뇌와 척수에 국한되어 있다는 것이 증명되었습니다. 이러한 놀라운 데이터는 과학자와 언론의 특별한 관심을 끌었는데, 뇌의 뉴런은 회복되지 않는 정적 세포 집단의 전형적인 사례이기 때문입니다. 개체발생 초기와 후기 모두에서 신경줄기세포 덕분에 동물과 인간의 뇌에서 뉴런, 성상세포, 희소돌기아교세포가 형성됩니다(줄기세포: 과학적 진보와 미래 연구 방향. 미국 국립보건원).

그러나 정상적인 조건에서는 최종 조직 줄기세포의 가소성이 나타나지 않습니다. 최종 조직 줄기세포의 가소성을 실현하려면 줄기세포를 분리한 후 사이토카인(LIF, EGF, FGF)이 함유된 배지에서 배양해야 합니다. 더욱이, 줄기세포 유도체는 면역 체계가 저하된 동물(감마선 조사, 세포 증식 억제제, 부설판 등)에 이식해야만 성공적으로 생착됩니다. 현재까지 방사선이나 심각한 면역 억제를 유발하는 다른 요인에 노출되지 않은 동물에서 줄기세포 가소성이 발현된다는 설득력 있는 증거는 없습니다.

이러한 상황에서 배아줄기세포의 위험한 잠재력은 무엇보다도 이소성 부위에 이식하는 과정에서 드러납니다. 면역결핍 마우스에 배아줄기세포를 피하 주사하면 주사 부위에 기형암종이 형성됩니다. 또한, 인간 배아 발달 과정에서는 동물의 배아 발생보다 염색체 이상 발생 빈도가 더 높습니다. 배반포 단계에서는 인간 배아의 20~25%만이 정상 핵형을 가진 세포로 구성되며, 체외수정 후 얻은 초기 인간 배아의 대다수는 무질서한 염색체 모자이크 현상을 보이며, 수적 및 구조적 이상을 자주 겪습니다.

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줄기세포의 유익한 효과

임상 시험의 예비 결과는 줄기세포가 환자에게 유익한 효과를 미친다는 것을 확인했지만, 세포 이식의 장기적인 효과에 대한 정보는 아직 없습니다. 초기에는 파킨슨병 환자에서 배아 뇌편 이식의 긍정적인 결과에 대한 보고가 주를 이루었지만, 이후 환자의 뇌에 이식된 배아 또는 태아 신경 조직의 효과적인 치료 효과를 부정하는 자료가 등장하기 시작했습니다.

20세기 중반, 치명적으로 방사선에 노출된 동물에서 골수 세포를 정맥 수혈한 후 조혈 기능이 회복되는 것이 처음 발견되었고, 1969년 미국의 연구원 D. Thomas가 인간에게 최초로 골수 이식을 시행했습니다. 당시에는 공여자와 수용자 골수 세포의 면역학적 부적합성 기전에 대한 지식이 부족하여 잦은 이식 실패와 이식편대숙주 반응(GVRH)으로 인한 높은 사망률을 보였습니다. 인간 백혈구 항원(HbA)을 포함하는 주요 조직 적합성 복합체의 발견과 그 타이핑 방법의 개선으로 골수 이식 후 생존율이 크게 증가했고, 이로 인해 이 치료법이 종양혈액학에서 널리 사용되게 되었습니다. 10년 후, 백혈구채집술을 사용하여 말초 혈액에서 얻은 조혈모세포(HSC)의 첫 이식이 수행되었습니다. 1988년 프랑스에서 판코니 빈혈 소아를 치료하기 위해 제대혈이 조혈줄기세포(HSC)의 공급원으로 처음 사용되었으며, 2000년 말부터는 HSC가 다양한 조직 유형의 세포로 분화할 수 있다는 보고가 언론에 보도되면서 임상 적용 범위가 확대될 가능성이 있습니다. 그러나 이식 물질은 HSC와 함께 다양한 성질과 특성을 가진 비조혈세포 불순물을 상당량 포함하고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이와 관련하여 이식편 정제 방법 및 세포 순도 평가 기준이 개발되고 있습니다. 특히 CD34+ 세포의 양성 면역선택법을 이용하여 단일클론 항체를 이용한 HSC 분리가 가능합니다.

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줄기세포 치료의 합병증

골수 이식 합병증은 대부분 혈액학적 합병증이며, 장기간의 의인성 범혈구감소증과 관련이 있습니다. 감염성 합병증, 빈혈, 출혈이 가장 흔하게 발생합니다. 따라서 조혈모세포의 최대 보존을 위해 최적의 골수 채취, 처리 및 보관 방식을 선택하는 것이 매우 중요하며, 이를 통해 신속하고 안정적인 조혈 기능 회복을 보장할 수 있습니다. 이식의 특성을 평가할 때 현재 일반적으로 평가되는 지표는 단핵세포 및/또는 유핵세포 수, 콜로니 형성 단위(CFU), CD34 양성 세포의 함량입니다. 하지만 이러한 지표는 이식된 조혈모세포 집단의 실제 조혈 능력을 간접적으로만 평가할 수 있습니다. 현재 자가 골수 이식을 받은 환자를 포함하여 이식이 환자의 장기적인 조혈 기능 회복에 충분한지 여부를 판단할 수 있는 절대적으로 정확한 지표는 없습니다. 이식의 처리, 동결보관 및 검사에 대한 엄격한 기준이 부족하여 일반적인 기준을 마련하는 것은 매우 어렵습니다. 또한, 각 환자의 조혈 기능 회복에 영향을 미치는 다양한 요인들을 고려해야 합니다. 자가 골수 이식에서 가장 중요한 요인은 이전 항암 화학요법 횟수, 전처리 요법의 특성, 골수 채취 당시의 질환 기간, 그리고 이식 후 콜로니 자극 인자(CSF) 사용 계획입니다. 또한, 이식 전 항암 화학요법은 골수 줄기세포에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 점을 간과해서는 안 됩니다.

동종이식 골수 이식 중 심각한 독성 합병증 발생률이 크게 증가합니다. 이와 관련하여 지중해빈혈 동종이식 골수 이식에 대한 통계 자료가 관심을 끌고 있습니다. 유럽 골수 이식 그룹(European Bone Marrow Transplantation Group)의 보고서에 따르면 지중해빈혈 환자에게 약 800건의 골수 이식이 등록되었습니다. 지중해빈혈 동종이식은 대부분 HLA가 일치하는 형제자매에게서 시행되는데, 부분적으로 적합한 친족 또는 비친족 공여자의 줄기세포를 이식하는 경우 심각한 합병증과 높은 사망률을 동반합니다. 치명적인 감염 합병증의 위험을 최소화하기 위해 환자는 층류 공기가 흐르는 격리된 무균 상자에 배치되고 저세균 또는 무균 식이를 섭취합니다. 장의 세균 오염 제거를 위해 비흡수성 항생제와 항진균제를 경구 투여합니다. 예방을 위해 암포테리신 B를 정맥 투여합니다. 전신 감염 예방을 위해 아미카신과 세프타지딤을 투여하며, 이는 이식 전날 처방되고 환자가 퇴원할 때까지 지속됩니다. 모든 혈액 제제는 수혈 전 30 Gy의 방사선 조사를 받습니다. 이식 중 비경구 영양 공급은 필수 조건이며, 자연적인 방법으로 음식 섭취를 제한한 직후부터 시작됩니다.

면역억제제의 높은 독성은 여러 합병증과 관련이 있으며, 이는 종종 메스꺼움, 구토, 점막염, 신장 손상 및 간질성 폐렴을 유발합니다. 항암화학요법의 가장 심각한 합병증 중 하나는 간정맥 폐쇄성 질환으로, 이식 후 초기에 사망에 이르게 합니다. 간문맥계 정맥 혈전증의 위험 요인에는 환자의 연령, 간염 및 간 섬유증 유무, 그리고 골수 이식 후 면역억제 요법 등이 있습니다. 특히 지중해빈혈에서는 간정맥 폐쇄성 질환이 위험하며, 간혈색소증, 간염 및 간 섬유증이 동반되는데, 이러한 질환들은 수혈 요법과 자주 동반됩니다. 간문맥계 정맥의 혈전증은 이식 후 1~2주 후에 발생하며, 혈중 빌리루빈 함량과 트랜스아미나제 활성의 급격한 증가, 간비대, 복수, 뇌병증 및 상복부 통증의 진행을 특징으로 합니다. 조직학적으로 부검 소견에서 내피 손상, 내피하 출혈, 중심소엽 간세포 손상, 간정맥 및 중심정맥의 혈전성 폐색이 관찰됩니다. 지중해빈혈 환자에서 세포독성 약물의 독성 효과와 관련된 치명적인 심정지 사례가 보고되었습니다.

이식 전 단계에서 사이클로포스파마이드와 부설판은 종종 요로상피세포의 병리학적 변화를 동반하는 독성출혈성 방광염을 유발합니다. 골수 이식 시 사이클로스포린 A를 사용하면 신독성 및 신경독성, 고혈압 증후군, 체액 저류, 간세포 용해증이 동반되는 경우가 많습니다. 성기능 및 생식기능 장애는 여성에서 더 흔하게 관찰됩니다. 어린 소아의 경우 이식 후 사춘기 발달에 큰 영향을 미치지 않지만, 나이가 많은 소아의 경우 성 기능 발달 병리가 매우 심각하여 불임에 이를 수 있습니다. 이식 자체와 직접적으로 관련된 합병증으로는 동종 골수 세포 거부 반응, ABO 부적합, 급성 및 만성 이식편대숙주병 등이 있습니다.

ABO 부적합 골수 이식 환자의 경우, 숙주 대 ABO 공여자 동종응집소가 이식 후 330~605일 동안 생성되어 용혈이 장기화되고 수혈 필요성이 급격히 증가할 수 있습니다. 이러한 합병증은 0형 적혈구만 수혈함으로써 예방할 수 있습니다. 이식 후 일부 환자는 자가면역성 호중구감소증, 혈소판감소증 또는 범혈구감소증을 경험하며, 이러한 증상은 비장절제술로 교정해야 합니다.

수혜자의 35~40%에서 HLA 일치 동종 골수 이식 후 100일 이내에 급성 이식편대숙주병이 발생합니다. 피부, 간, 장 질환의 정도는 발진, 설사, 중등도의 고빌리루빈혈증부터 피부 박리, 장폐색, 급성 간부전까지 다양합니다. 지중해빈혈 환자의 경우 골수 이식 후 1등급 급성 이식편대숙주병 발생률은 75%, 2등급 이상은 11~53%입니다. 전신성 다발성 장기 증후군인 만성 이식편대숙주병은 일반적으로 동종 골수 이식 후 100~500일 이내에 환자의 30~50%에서 발생합니다. 피부, 구강, 간, 눈, 식도, 상기도 등이 영향을 받습니다. 만성 이식편대숙주병은 피부 및/또는 간에 영향을 미치는 제한적인 형태와, 전신성 피부 병변에 만성 공격성 간염, 눈, 침샘 또는 기타 장기의 병변이 동반되는 광범위한 형태로 구분됩니다. 사망은 종종 심각한 면역 결핍으로 인한 감염성 합병증으로 인해 발생합니다. 지중해빈혈에서 HLA 적합 동종 골수 수혜자의 12%에서 경증 만성 이식편대숙주병이, 3%에서 중등도 만성 이식편대숙주병이, 0.9%에서 중증 만성 이식편대숙주병이 발생합니다. 골수 이식의 심각한 합병증 중 하나는 이식편 거부반응으로, 수술 후 50~130일 후에 발생합니다. 거부반응의 빈도는 전처치 요법에 따라 달라집니다. 특히, 준비 기간 동안 메토트렉세이트만 투여받은 지중해빈혈 환자의 경우, 골수 이식 거부 반응이 26%의 경우에서 관찰되었으며, 메토트렉세이트와 사이클로스포린 A를 병용 투여한 경우 9%의 경우, 사이클로스포린 A만 투여한 경우 8%의 경우에서 나타났습니다(Gaziev et al., 1995).

골수 이식 후 감염 합병증은 바이러스, 세균, 진균에 의해 발생합니다. 이러한 합병증의 발생은 전처리 기간 동안 화학요법 약물에 의해 유발되는 심부 호중구 감소증, 세포 증식 억제제에 의한 점막 장벽 손상, 그리고 이식편대숙주 반응과 관련이 있습니다. 감염 합병증은 발생 시기에 따라 세 단계로 구분됩니다. 첫 번째 단계(이식 후 1개월 이내에 발생)에서는 점막 장벽 손상과 호중구 감소증이 우세하며, 종종 바이러스 감염(헤르페스, 엡스타인-바 바이러스, 거대세포바이러스, 수두대상포진)과 그람 양성 및 그람 음성 세균, 칸디다 진균, 아스페르길루스 감염이 동반됩니다. 이식 초기(이식 후 2개월 및 3개월)에는 거대세포바이러스 감염이 가장 심각하며, 감염 합병증 두 번째 단계에서는 종종 환자의 사망으로 이어집니다. 지중해빈혈에서 골수 이식 후 거대세포바이러스 감염은 수혜자의 1.7~4.4%에서 발생합니다. 세 번째 단계는 이식 후 후기(수술 후 3개월)에 관찰되며, 중증 복합면역결핍증을 특징으로 합니다. 이 시기에는 수두대상포진, 연쇄상구균, 카리니폐포자충, 수막염균, 인플루엔자균, 간친화바이러스 감염이 흔합니다. 지중해빈혈에서 골수 이식 후 환자의 사망률은 세균성 및 진균성 패혈증, 특발성 간질성 및 거대세포바이러스 폐렴, 급성 호흡곤란증후군, 급성 심부전, 심장 눌림증, 뇌출혈, 정맥폐쇄성 간질환, 급성 이식편대숙주병과 관련이 있습니다.

현재 골수에서 순수 조혈모세포를 분리하는 방법 개발에 있어 어느 정도 성공을 거두었습니다. 탯줄에서 태아 혈액을 얻는 기술이 개선되었고, 제대혈에서 조혈모세포를 분리하는 방법도 개발되었습니다. 과학 저널에는 조혈모세포가 사이토카인이 포함된 배지에서 배양될 때 증식할 수 있다는 보고가 있습니다. 조혈모세포 증식을 위해 특별히 설계된 생물반응기를 사용하면 골수, 말초혈 또는 제대혈에서 분리된 조혈모세포의 바이오매스가 크게 증가합니다. 조혈모세포 증식 가능성은 세포 이식의 임상적 발전을 향한 중요한 발걸음입니다.

그러나 조혈줄기세포를 체외에서 증식시키기 전에 균질한 조혈줄기세포 집단을 분리해야 합니다. 이는 일반적으로 형광 또는 자성 표지에 공유 결합된 단일클론 항체로 조혈줄기세포를 선택적으로 표지하고, 적절한 세포 분리기를 사용하여 분리할 수 있는 마커를 사용하여 이루어집니다. 동시에, 조혈줄기세포의 표현형 특성에 대한 문제는 아직 완전히 해결되지 않았습니다. A. Petrenko, V. Grishchenko(2003)는 표면에 CD34, AC133, Thyl 항원을 가지고 있고 CD38, HLA-DR 또는 기타 분화 마커가 없는 세포(CD34+Liir 표현형을 갖는 세포)를 조혈줄기세포 후보로 고려했습니다. 계통(Lin) 마커에는 글리코포린 A(GPA), CD3, CD4, CD8, CD10, CD14, CD16, CD19, CD20이 포함됩니다(Muench, 2001). CD34+CD45RalüW CD71low 표현형과 CD34+Thyl+CD38low/c-kit/low 표현형을 가진 세포는 이식에 유망한 것으로 간주됩니다.

효과적인 이식에 필요한 조혈모세포의 수 문제는 여전히 해결해야 할 과제입니다. 현재 조혈모세포의 공급원은 골수, 말초혈액, 제대혈, 그리고 배아 간입니다. 조혈모세포의 증식은 내피세포와 조혈성장인자가 존재하는 환경에서 배양함으로써 달성됩니다. 다양한 프로토콜에서 골수단백질, SCF, 에리스로포이에틴, 인슐린 유사 성장인자, 코르티코스테로이드, 그리고 에스트로겐이 조혈모세포 증식을 유도하는 데 사용됩니다. 시험관 내에서 여러 사이토카인을 병용 투여할 경우, 배양 2주차 말에 최고 생산량을 기록하며 조혈모세포 풀을 상당히 증가시킬 수 있습니다.

전통적으로 제대혈 조혈모세포 이식은 주로 혈모세포증 치료에 사용됩니다. 그러나 성공적인 제대혈 이식에 필요한 최소 조혈모세포량은 수혜자 체중 1kg당 3.7 x 10⁻⁻개의 유핵세포입니다 ^. 적은 양의 제대혈 조혈모세포를 사용하면 이식 실패 및 질병 재발 위험이 크게 증가합니다. 따라서 제대혈 조혈모세포 이식은 주로 소아 혈모세포증 치료에 사용됩니다.

안타깝게도 제대혈 조혈세포의 임상적 사용에 대한 조달 기준이나 표준화된 프로토콜은 아직 없습니다. 따라서 제대혈 줄기세포 자체는 이식용 조혈세포의 법적으로 인정된 공급원이 아닙니다. 또한, 해외에는 제대혈 은행의 활동 및 운영을 규제하는 윤리적 또는 법적 기준이 존재하지 않습니다. 안전한 이식을 위해 모든 제대혈 검체는 면밀히 모니터링되어야 합니다. 임산부의 혈액을 채취하기 전에 반드시 동의를 받아야 합니다. 모든 임산부는 HBsAg 보균 여부, C형 간염, HIV, 매독 바이러스 항체 유무를 검사해야 합니다. 모든 제대혈 검체는 유핵세포 수, CD34+, 집락 형성능을 기준으로 검사를 받아야 합니다. 또한, 당화혈색소(HbA) 검사, ABO 혈액형 판정, Rh 인자를 이용한 혈액형 분류가 수행됩니다. 필수 검사 절차로는 무균성 확인을 위한 세균 배양, HIV-1 및 HIV-2 감염, HBsAg, 바이러스성 C형 간염, 거대세포바이러스 감염, HTLY-1 및 HTLY-II, 매독, 톡소플라스마증에 대한 혈청학적 검사가 있습니다. 또한, 거대세포바이러스 및 HIV 감염을 검출하기 위해 중합효소 연쇄반응(PCR)을 시행합니다. 알파-지중해빈혈, 겸상 적혈구 빈혈, 아데노신 탈아미노효소 결핍증, 브루톤 무감마글로불린혈증, 헐러병 및 폰터병과 같은 유전 질환을 검출하기 위해 제대혈 GSC 분석을 검사 프로토콜에 추가하는 것이 바람직할 것으로 보입니다.

이식 준비의 다음 단계는 조혈모세포의 보존입니다. 조혈모세포를 준비하는 동안 세포의 생존력에 가장 위험한 과정은 동결과 해동입니다. 조혈모세포를 동결하면 결정 형성으로 인해 상당 부분이 파괴될 수 있습니다. 세포 사멸률을 줄이기 위해 특수 물질인 동결 보호제가 사용됩니다. DMSO는 최종 농도 10%의 동결 보호제로 가장 많이 사용됩니다. 그러나 이러한 농도의 DMSO는 최소한의 노출 조건에서도 직접적인 세포독성 효과를 나타냅니다. 세포독성 효과를 줄이려면 노출 모드의 온도를 영하로 엄격히 유지하고 해동 중 및 해동 후 재료 처리 규정(모든 조작 속도, 여러 번의 세척 절차 사용)을 준수해야 합니다. 5% 미만의 DMSO 농도는 동결 기간 동안 조혈모세포의 대량 사멸을 유발하므로 사용해서는 안 됩니다.

조혈줄기세포 현탁액에 적혈구 불순물이 존재하면 적혈구 항원에 대한 부적합성 반응이 발생할 위험이 있습니다. 또한 적혈구를 제거하면 조혈세포 손실이 크게 증가합니다. 이와 관련하여 조혈줄기세포를 비분획 분리하는 방법이 제안되었습니다. 이 경우, 10% DMSO 용액과 -80°C까지의 일정 속도 냉각(GS/min)을 사용하여 유핵 세포를 저온의 손상으로부터 보호한 후, 세포 현탁액을 액체 질소에 동결시킵니다. 이 동결보존 방법은 적혈구의 부분 용해를 유도하여 혈액 검체를 분획할 필요가 없는 것으로 알려져 있습니다. 이식 전에 세포 현탁액을 해동하고, 인간 알부민 용액 또는 혈청에서 유리 헤모글로빈과 DMSO를 세척합니다. 이 방법을 사용하면 조혈 전구체의 보존도는 실제로 탯줄 혈액 분획 후보다 높지만, ABO 부적합 적혈구 수혈로 인한 수혈 합병증의 위험은 여전히 남아 있습니다.

HLA 검사 및 유형 분석된 조혈모세포(HSC) 샘플을 보관하기 위한 은행 시스템 구축은 위의 문제들을 해결할 수 있습니다. 그러나 이를 위해서는 윤리적, 법적 규범의 마련이 필요하며, 현재로서는 논의 단계에 있습니다. 은행 네트워크를 구축하기 전에 조혈모세포(HSC)의 채취, 분획, 검사 및 유형 분석 절차의 표준화와 동결보존에 관한 여러 규정과 문서를 채택해야 합니다. 조혈모세포(HSC) 은행의 효과적인 운영을 위한 필수 조건은 세계골수기증자협회(WMDA) 및 미국 국립골수기증자프로그램(NMDP) 등록소와의 연동을 위한 전산 시스템을 구축하는 것입니다.

또한, 체외 조혈모세포(HSC), 특히 제대혈 조혈모세포를 증식하는 방법을 최적화하고 표준화해야 합니다. 제대혈 조혈모세포 증식은 HLA 시스템에 적합한 잠재적 수혜자 수를 늘리기 위해 필수적입니다. 제대혈의 양이 적기 때문에, 제대혈에 포함된 HSC의 양만으로는 성인 환자의 골수 재생을 보장하기 어렵습니다. 동시에, 비혈연 이식을 위해서는 충분한 수의 유형화된 HSC 샘플(수혜자당 10,000개에서 1,500,000개)을 확보해야 합니다.

조혈모세포 이식은 골수 이식에 수반되는 합병증을 완전히 없애지는 않습니다. 분석 결과, 제대혈 조혈모세포 이식 환자의 23%에서 중증 급성 이식편대숙주병이, 25%에서 만성 이식편대숙주병이 발생하는 것으로 나타났습니다. 종양혈액학 환자의 경우, 제대혈 조혈모세포 이식 후 1년 이내에 급성 백혈병이 재발하는 경우가 26%로 나타났습니다.

최근 말초 조혈모세포 이식 방법이 활발히 개발되고 있습니다. 말초혈액 내 조혈모세포(HSC) 함량은 매우 낮아(10만 개의 혈액 세포당 1개) 특별한 전처리 없이는 분리할 수 없습니다. 따라서 공여자에게는 먼저 골수 조혈모세포를 혈액으로 방출하도록 자극하는 약물을 투여합니다. 이를 위해 사이클로포스파마이드와 과립구 집락 자극 인자(GCSF)와 같은 무해한 약물이 사용됩니다. 하지만 말초혈액 내 조혈모세포 이동 후에도 CD34+ 세포의 함량은 1.6%를 넘지 않습니다.

임상에서 조혈모세포를 동원하기 위해 S-SEC가 가장 많이 사용되는데, 이는 거의 자연스럽게 발생하는 골통을 제외하고는 비교적 우수한 내성을 특징으로 합니다. 최신 혈액 분리기를 사용하면 조혈모세포를 효과적으로 분리할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 그러나 정상적인 조혈 조건에서는 골수 현탁액과 유사한 재생 능력을 가진 충분한 양의 조혈모세포를 얻기 위해 최소 6회의 시술을 수행해야 합니다. 이러한 시술은 분리기에서 10~12리터의 혈액을 처리해야 하며, 이로 인해 혈소판 감소증과 백혈구 감소증이 발생할 수 있습니다. 분리 시술에는 공여자에 항응고제(구연산나트륨)를 투여해야 하지만, 체외 원심분리 중 혈소판의 접촉 활성화를 배제하지는 않습니다. 이러한 요인들은 감염 및 출혈성 합병증 발생의 조건을 조성합니다. 이 방법의 또 다른 단점은 동원 반응의 변동성이 크다는 점으로, 이를 위해서는 기증자의 말초 혈액에서 HSC 함량을 모니터링해야 하며, 이를 통해 최대 수준을 결정해야 합니다.

동종이식과 달리 자가 조혈모세포 이식은 거부 반응 발생을 완전히 배제합니다. 그러나 자가 조혈모세포 이식의 중요한 단점은 이식편과 백혈병 클론 세포가 재주입될 가능성이 높다는 점입니다. 또한, 면역 매개 "이식편 대 종양" 효과가 없기 때문에 악성 혈액 질환의 재발 빈도가 크게 증가합니다. 따라서 골수이형성증후군에서 종양성 클론 조혈을 제거하고 정상적인 다클론 조혈을 회복하는 유일한 근본적인 방법은 동종이식 조혈모세포 이식을 통한 집중적인 다클론 화학요법입니다.

그러나 이 경우에도 대부분의 혈모세포증 치료는 환자의 생존 시간을 늘리고 삶의 질을 개선하는 데만 목표를 둡니다.여러 대규모 연구에 따르면 HSC 동종이식 후 장기 무재발 생존율은 종양혈액학 환자의 40%에서 달성됩니다.HLA 호환 형제의 줄기 세포를 사용하는 경우 질병 병력이 짧고 모세포 수가 최대 10%이며 세포유전학이 양호한 젊은 환자에서 가장 좋은 결과가 관찰됩니다.안타깝게도 골수이형성 질환 환자의 HSC 동종이식 시술과 관련된 사망률은 여전히 높습니다(대부분 보고서에서 약 40%).미국 국립 골수 기증자 프로그램의 10년간 연구 결과(환자 510명, 중앙 연령 38세)에 따르면 2년간 무재발 생존율은 29%이며 재발 확률(14%)이 비교적 낮습니다. 그러나 비혈연 공여자로부터 조혈줄기세포를 동종이식하는 시술과 관련된 사망률은 매우 높아 2년 동안 54%에 달합니다. 유럽의 한 연구에서도 유사한 결과가 나타났습니다(환자 118명, 중앙 연령 24세, 2년 무재발 생존율 28%, 재발 35%, 사망률 58%).

집중적인 항암화학요법 후 동종이식 조혈세포를 이용한 조혈 기능 회복 과정에서 면역혈액학적 합병증 및 수혈 합병증이 자주 발생합니다. 이러한 합병증은 주로 인간의 혈액형이 주모세포(MHC) 분자와 독립적으로 유전되기 때문입니다. 따라서 공여자와 수혜자가 주요 HLA 항원에 대해 적합하더라도 적혈구의 표현형은 다를 수 있습니다. 수혜자가 공여자의 적혈구 항원에 대한 기존 항체를 가지고 있는 경우를 "주요" 부적합이라고 하고, 공여자가 수혜자의 적혈구 항원에 대한 항체를 가지고 있는 경우를 "경미" 부적합이라고 합니다. "주요" 부적합과 "경미" 부적합이 복합적으로 나타나는 경우도 있습니다.

혈모세포증에 대한 골수와 탯줄혈액 조혈줄기세포의 동종이식의 임상적 효과를 비교 분석한 결과, 탯줄혈액 조혈줄기세포의 동종이식 후 어린이의 경우 이식편대숙주반응이 발생할 위험이 현저히 감소하지만 호중구와 혈소판 수치가 회복되는 데 더 오랜 기간이 걸리고 이식 후 100일 사망률이 더 높은 것으로 나타났습니다.

조기 사망 원인에 대한 연구를 통해 동종 조혈 줄기 세포 이식에 대한 금기 사항을 명확히 할 수 있었으며, 그 중 가장 중요한 금기 사항은 다음과 같습니다.

• 수용자 또는 기증자에게 거대세포바이러스 감염에 대한 양성 반응이 나타나는 경우(예방적 치료 없이)
• 급성 방사선 질환
• 환자에게 진균 감염이 존재하거나 존재할 가능성이 있는 경우(진균 살균제를 이용한 전신적 조기 예방을 시행하지 않은 경우)
• 혈액성 혈소판증은 환자가 장기간 세포독성 약물 치료를 받은 경우(급성 심장마비와 다발성 장기 부전의 가능성이 높기 때문)입니다.
• HLA가 동일하지 않은 기증자로부터의 이식(시클로스포린 A를 이용한 급성 이식편대숙주 반응 예방 없음)
• 만성 바이러스성 C형 간염(간의 정맥 폐쇄성 질환이 발생할 위험이 높기 때문).

따라서 조혈모세포 이식은 심각한 합병증을 유발할 수 있으며, 이는 종종 사망으로 이어집니다. 이식 초기(이식 후 최대 100일)에는 감염성 합병증, 급성 이식편대숙주병, 이식편 거부반응(공여 조혈모세포의 기능 부전), 정맥-폐쇄성 간 질환, 그리고 높은 리모델링률을 특징으로 하는 전처리 요법의 독성으로 인한 조직 손상(피부, 혈관 내피, 장 상피)이 포함됩니다. 이식 후 후기 합병증으로는 만성 이식편대숙주병, 기저 질환의 재발, 소아 성장 지연, 생식계 및 갑상선 기능 장애, 그리고 눈 손상 등이 있습니다.

최근 골수 세포의 가소성에 관한 논문들이 발표되면서, 조혈 줄기세포(HSC)를 심장마비 및 기타 질병 치료에 활용하는 아이디어가 제기되었습니다. 일부 동물 실험에서 이러한 가능성을 뒷받침하지만, 골수 세포의 가소성에 대한 결론은 검증이 필요합니다. 이식된 인간 골수 세포가 골격근, 심근 또는 중추신경계 세포로 쉽게 전환된다고 믿는 연구자들은 이러한 점을 고려해야 합니다. HSC가 이러한 장기 재생의 자연적인 세포 공급원이라는 가설은 충분한 근거를 필요로 합니다.

특히, V. Belenkov(2003)가 수행한 공개 무작위 연구의 첫 번째 결과가 발표되었습니다. 이 연구의 목적은 중등도에서 중증 만성 심부전 환자의 임상적, 혈역학적, 신경체액학적 상태에 대한 C-SvK(자가 조혈줄기세포의 혈액 내 이동)의 효과를 연구하고, 표준 치료(안지오텐신 전환 효소 억제제, 베타 차단제, 이뇨제, 강심 배당체)와 비교하여 그 안전성을 평가하는 것이었습니다. 연구 결과의 첫 번째 발표에서, 연구 프로그램 저자들은 O-SvK를 지지하는 유일한 근거는 이 약물 치료와 비교하여 모든 임상적 및 혈역학적 지표에서 확실한 개선을 보인 한 환자 치료 결과라고 언급했습니다. 그러나 심근경색 후 영역에서 심근이 재생되면서 HSC가 혈류로 이동한다는 이론은 확인되지 않았습니다. 임상적 역학이 긍정적인 환자에서도 도부타민을 이용한 스트레스 심장초음파 검사에서 흉터 영역에 생존 가능한 심근 영역이 나타나지 않았습니다.

현재 일상적인 임상에서 대체 세포 치료를 광범위하게 시행할 것을 권장할 만한 데이터가 턱없이 부족하다는 점에 유의해야 합니다. 다양한 재생 세포 치료 옵션의 효과를 확인하고, 이에 대한 적응증과 금기 사항을 개발하며, 재생-가형 치료와 전통적인 수술적 또는 보존적 치료의 병용에 대한 지침을 마련하기 위해서는 잘 설계된 고품질 임상 연구가 필요합니다. 어떤 특정 골수 세포(조혈줄기세포 또는 기질세포)가 신경세포와 심근세포를 생성할 수 있는지에 대한 답은 아직 없으며, 생체 내에서 이러한 세포 생성에 어떤 조건이 기여하는지도 불분명합니다.

이러한 분야의 연구는 많은 국가에서 진행되고 있습니다. 미국 국립보건원(NIH)의 급성 간부전 심포지엄 요약에 따르면, 간 이식과 더불어 유망한 치료 방법 중 이종 또는 동종 간세포 이식과 생물반응기와 간세포의 체외 연결이 언급되었습니다. 기능적으로 활성한 외래 간세포만이 수혜자의 간을 효과적으로 지원할 수 있다는 직접적인 증거가 있습니다. 분리된 간세포의 임상적 사용을 위해서는 세포 은행을 만드는 것이 필요하며, 이를 통해 세포 분리와 사용 사이의 시간을 크게 줄일 수 있습니다. 분리된 간세포 은행을 만드는 가장 적합한 방법은 액체 질소에서 간세포를 동결보관하는 것입니다. 이러한 세포를 급성 및 만성 간부전 환자의 임상에서 사용할 경우 상당히 높은 치료 효과가 나타났습니다.

간세포 이식은 실험 및 임상에서 낙관적이고 고무적인 결과를 보이고 있지만, 아직 해결되지 않은 많은 문제들이 있습니다. 분리 간세포를 얻기에 적합한 장기의 수가 제한적이고, 분리 방법이 효과적이지 않으며, 간세포 보존을 위한 표준화된 방법의 부재, 이식된 세포의 성장 및 증식 조절 기전에 대한 불분명한 이해, 동종 간세포의 생착 또는 거부 반응을 평가하는 적절한 방법의 부재 등이 있습니다. 또한 동종 및 이종 세포를 사용할 때 이식 면역이 존재한다는 점도 포함됩니다. 동종 및 이종 세포를 사용할 경우 이식 면역의 존재 여부는 동소 간 이식보다 낮지만, 면역억제제 사용, 분리 간세포의 캡슐화 또는 효소를 이용한 특수 처리가 필요합니다. 간세포 이식은 종종 수혜자와 공여자 사이에 거부 반응의 형태로 면역 갈등을 유발하며, 이 경우 세포 증식 억제제 사용이 필요합니다. 이 문제에 대한 한 가지 해결책은 중합체 미세다공성 운반체를 사용하여 간 세포를 분리하는 것일 수 있는데, 이렇게 하면 숙주의 면역에도 불구하고 캡슐 막이 간세포를 효과적으로 보호하므로 간 세포의 생존율이 향상될 것입니다.

그러나 급성 간부전의 경우, 간세포가 새로운 환경에 생착하여 최적의 기능 단계에 도달하는 데 비교적 오랜 시간이 소요되기 때문에 이러한 간세포 이식은 효과적이지 않습니다. 분리된 간세포의 이소성 이식 시 담즙 분비는 잠재적인 한계점이며, 생물반응기를 사용할 경우, 인간 단백질과 이종 간세포에서 생성된 단백질 간의 종 불일치가 심각한 생리적 장벽이 됩니다.

문헌에 따르면 골수 기질 줄기세포의 국소 이식은 골 결손의 효과적인 교정을 촉진하며, 이 경우 자연 회복 재생보다 골 조직 회복이 더 빠르게 진행된다는 보고가 있습니다. 실험 모델을 이용한 여러 전임상 연구는 정형외과에서 골수 기질 세포 이식의 가능성을 설득력 있게 보여주지만, 가장 단순한 경우에도 이러한 방법을 최적화하기 위한 추가 연구가 필요합니다. 특히, 골형성 기질 세포를 생체 외에서 증식시키는 최적의 조건은 아직 밝혀지지 않았으며, 이상적인 운반체(기질)의 구조와 구성 또한 아직 개발되지 않았습니다. 체적 골 재생에 필요한 최소 세포 수는 아직 결정되지 않았습니다.

중간엽 줄기세포는 형질전환 가소성, 즉 원래 세포주와 표현형적으로 관련 없는 세포 유형으로 분화하는 능력을 나타내는 것으로 입증되었습니다. 최적의 배양 조건에서 다클론성 골수 기질 줄기세포주는 시험관 내에서 50회 이상의 분열을 견딜 수 있어 1ml의 골수 흡인물에서 수십억 개의 기질 세포를 얻을 수 있습니다. 그러나 중간엽 줄기세포 집단은 이질적이며, 이는 군집 크기의 다양성, 형성 속도의 차이, 섬유아세포와 같은 방추형에서 크고 납작한 세포에 이르기까지 세포 유형의 형태학적 다양성으로 나타납니다. 기질 줄기세포 배양 3주 만에 표현형의 이질성이 관찰됩니다. 일부 군집은 골 조직 결절을 형성하고, 다른 군집은 지방세포 군집을 형성하며, 드물게는 연골 조직 섬을 형성합니다.

배아 신경 조직 이식은 원래 중추신경계의 퇴행성 질환 치료에 사용되었습니다. 최근에는 신경줄기세포에서 추출한 신경구의 세포 구성 요소를 배아 뇌 조직 대신 이식하는 연구가 진행되고 있습니다(Poltavtseva, 2001). 신경구에는 신경세포와 신경아교세포의 전구 세포가 포함되어 있어 이식 후 손상된 뇌 기능 회복에 대한 희망을 안겨줍니다. 분산된 신경구 세포를 쥐 뇌의 선조체 영역에 이식한 결과, 도파민 신경세포로의 증식 및 분화가 관찰되었으며, 이를 통해 실험적 편측파킨슨병 쥐의 운동 비대칭이 제거되었습니다. 그러나 일부 사례에서는 신경구 세포에서 종양이 발생하여 쥐가 사망하는 사례도 있었습니다(Bjorklund, 2002).

임상에서 환자와 담당 의사 모두 알지 못하는 두 환자군(이중맹검 연구)에 대한 면밀한 연구 결과, 한 환자군은 도파민을 생성하는 신경세포를 가진 배아 조직을 이식받았고, 다른 환자군은 가짜 수술을 받았습니다. 이 연구에서는 예상치 못한 결과가 나타났습니다. 배아 신경 조직을 이식받은 환자들은 대조군 환자들보다 아무런 호전을 느끼지 못했습니다. 또한, 33명의 환자 중 5명은 배아 신경 조직 이식 2년 후 지속적인 운동 이상증을 보였는데, 이는 대조군 환자에게서는 나타나지 않았습니다(Stem cells: scientific progress and future research direction. Nat. Inst, of Health. USA). 뇌 신경줄기세포 임상 연구의 미해결 과제 중 하나는 중추신경계 질환 교정을 위한 줄기세포 유래 세포 이식의 실제 전망과 한계를 분석하는 것입니다. 장기간의 발작 활동으로 인해 해마의 신경세포 생성이 유도되어 해마의 구조적, 기능적 재조직을 초래하는 것이 간질의 진행성 발병에 영향을 미치는 요인일 가능성이 있습니다. 이러한 결론은 성숙한 뇌에서 새로운 신경 세포가 생성되고, 그에 따른 비정상적인 시냅스 연결이 형성될 경우 부정적인 결과가 발생할 수 있음을 보여주기 때문에 특별한 주의를 기울일 필요가 있습니다.

사이토카인(미토겐)이 포함된 배지에서 배양하면 줄기세포의 특성이 종양세포의 특성에 더 가까워진다는 점을 잊지 말아야 합니다. 줄기세포에서도 세포주기 조절에 유사한 변화가 일어나 무한 분열 능력을 결정하기 때문입니다. 배아줄기세포의 초기 유래 세포를 사람에게 이식하는 것은 악성 신생물 발생 위험이 매우 높기 때문에 무모한 일입니다. 분화된 세포주의 전구 세포인 더욱 분화된 자손을 사용하는 것이 훨씬 더 안전합니다. 그러나 현재로서는 원하는 방향으로 분화하는 안정적인 인간 세포주를 얻는 신뢰할 수 있는 기술이 아직 개발되지 않았습니다.

분자생물학 기술을 이용하여 줄기세포를 변형하여 유전적 병리 및 인간 질병을 교정하는 것은 실용 의학 분야에서 큰 관심을 받고 있습니다. 줄기세포 유전체의 특성은 유전 질환을 교정하는 독특한 이식 계획을 개발할 수 있게 합니다. 그러나 줄기세포 유전공학의 실용화를 위해서는 극복해야 할 여러 한계가 있습니다. 우선, 체외 줄기세포 유전체 변형 과정을 최적화해야 합니다. 줄기세포가 장기간(3~4주) 증식하면 형질전환이 감소하는 것으로 알려져 있으므로, 높은 수준의 유전자 변형을 위해서는 여러 차례의 형질전환 주기가 필요합니다. 그러나 가장 큰 문제는 치료 유전자 발현 기간과 관련이 있습니다. 지금까지 변형된 세포 이식 후 효과적인 발현 기간이 4개월을 초과한 연구는 없었습니다. 100%의 경우, 시간이 지남에 따라 형질전환된 유전자의 발현은 프로모터의 불활성화 및/또는 변형된 유전체를 가진 세포의 사멸로 인해 감소합니다.

중요한 문제는 의학에서 세포 기술을 사용하는 데 드는 비용입니다. 예를 들어, 연간 50건의 이식 수술을 시행하도록 설계된 골수 이식 센터의 의료비만 해도 연간 약 90만 달러가 필요한 것으로 추산됩니다.

임상 의학에서 세포 기술의 발전은 복잡하고 다단계적인 과정으로, 다학제 과학 및 임상 센터와 국제 사회 간의 건설적인 협력을 필요로 합니다. 동시에 세포 치료 분야의 연구를 과학적 방식으로 구성하는 문제에도 특별한 관심이 필요합니다. 그중에서도 가장 중요한 것은 임상 연구 프로토콜 개발, 임상 데이터 신뢰성 관리, 국가 연구 등록 시스템 구축, 다기관 임상 연구의 국제 프로그램 통합, 그리고 임상 실무에서의 결과 적용입니다.

세포 이식학 문제에 대한 서론을 마무리하면서, 다양한 과학 분야의 우크라이나 전문가들의 노력을 합치면 실험 및 임상 연구에서 상당한 진전이 있을 것이며, 앞으로 몇 년 안에 장기, 조직 및 세포 이식이 필요한 중증 환자에게 지원을 제공하는 효과적인 방법을 찾을 수 있을 것이라는 희망을 표명하고 싶습니다.

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