환자의 질환 표현형을 돼지에 그대로 재생시킨 인간화 돼지 개발이 본격화될 전망이다. 환자의 질환 세포가 이식된 환자 특이적 질환모델 돼지를 이용해 환자 맞춤형 치료기술이 일반화 될 수 있고, 특정 질환의 중·장기 합병증을 정확히 예측할 수 있어 약물·유전자치료 및 세포 치료에 의해 발생 할 수 있는 부작용을 최소화 할 수 있을 것으로 기대된다.
인간의 면역체계를 보유한 인간화 돼지
건국대학교는 동물생명과학대학 김진회 교수 연구팀이 환자맞춤형 장기이식용 질환모델 돼지 개발(인간화 돼지) 연구과제로 미래창조과학부와 한국연구재단이 주관하는 올해 2015년 ‘선도연구센터 지원 사업'(Science Research Center, SRC)에 선정됐다고 밝혔다.
‘인간화 돼지 연구센터'는 형질전환 복제동물 개발 분야의 세계적 권위자인 김진회 교수가 최근 자체적으로 개발한 면역거부반응이 결여된 면역결핍돼지에 인간 조혈모세포를 이식해 인간의 면역체계를 보유한 인간화 돼지를 1차적으로 개발하고, 이 돼지에 인간의 난치성, 호발성 질환(줄기)세포 및 조직을 이식하여 환자 맞춤형 질환모델 돼지를 개발하는 것을 목표로 하고 있다.
김진회 동물생명공학과 교수 연구팀은 작년 세계 최초로 면역 기능이 완전히 없는 돼지 생산에 성공했다. 이로 인해 줄기세포를 통한 세포치료와 동물의 장기를 난치병 환자에게 이식, 인간 면역결핍질환의 치료, 암 발달 현상 규명 연구 등에 활용될 길이 열렸다.
인간화 돼지의 경제적 효과 또한 상당할 것으로 예측된다. 미국 국립보건원(NIH)은 전임상(신약 후보 물질을 사람에게 사용하기 전에 동물에게 사용해 부작용이나 효과 등을 알아보는 실험)의 경우 반드시 생쥐 외에 다른 실험 동물로부터 얻은 성적을 요구하고 있다.
현재 가장 많이 사용되고 있는 면역 기능이 없는 생쥐의 마리당 평균 가격은 수십만원으로 연간 수천마리가 연구와 전임상에 사용되고 있다. 따라서 이번에 개발된 돼지는 그 수요가 상당할 것으로 예상된다.
새로운 질병 치료 방법 개발에 획기적 기회
선도연구센터 지원사업(SRC)은 세계적 수준의 창의성과 탁월성을 보유한 우수 연구 집단을 발굴 및 육성해 과학적 난제를 해결하고 국가 연구개발의 전략적 중추 역할을 담당할 수 있는 이학, 공학, 기초 의과학, 융합과학 분야의 우수 대학을 선정해 지원한다.
이번에 선정된 ‘인간화 돼지 연구센터 (Humanized pig research center)’는 건국대 김진회, 도정태, 서한극, 박찬규, 조쌍구, 송혁 교수(이상, 동물생명공학과), 배호재 교수(바이오산업공학과)를 포함한 7명의 건국대 교수진과 박환우(건양대), 홍권호(단국대), 김창성(세종대) 교수가 포함된 3개 대학으로부터 3명의 연구원이 컨소시엄에 참여하고 있다. 건국대 인간화 돼지 SRC센터는 2015년 6월1일부터 시작해 최장 7년간 86억 원의 국고를 지원받게 된다.
김진회 센터장은 “향후 4년 이내에 인간의 질환을 가지고 있는 인간화 모델 돼지가 개발될 수 있을 것”이라며 “이는 호발성, 난치성 질환 치료제의 효능 검증 및 새로운 질병 치료 방법을 개발하는데 획기적인 기회를 제공할 수 있다”고 말했다. 그는 “이번 사업 선정은 건국대가 ‘동물생명공학과 의생명 기초연구’ 분야에서 국내 최고 수준의 연구력을 보유하고 있다는 사실을 증명한 것”이라며 “1990년 동물자원 연구소(ERC) 유치, 2007년 무균돼지연구센터(센터장:이훈택 교수) 설립에 이어 생명공학 분야에 대한 지속적인 투자와 선도 분야로의 육성 의지가 일구어낸 성과”라고 말했다.
연구팀은 3개의 연구그룹으로 나누어 연구를 진행할 예정이다. 제 1그룹은 김진회, 박찬규, 송혁(건국대) 교수가 중심이 돼 면역결핍 돼지에 인간 조혈모 줄기세포를 이식해 인간의 면역시스템을 가진 인간화 돼지를 개발하고, 제 2그룹은 도정태, 조쌍구, 배호재(이상 건국대), 김창성(세종대) 교수가 핵심이 돼 인간 질환을 가진 세포를 활용해 암 및 역분화 줄기세포를 제작하여 1그룹에서 생산된 돼지에 이식용 조직 및 기관 틀을 제작해 이식함으로서 인간화 질환모델 돼지를 개발하게 된다. 제 3그룹은 박환우(건양대), 서한극(건국대), 홍권호(단국대) 교수가 핵심 연구원으로 참여해 인간화 질환모델 돼지의 생리기전, 발병 기전 및 질환별 표적치료제를 개발하는 연구를 진행하는 것으로 구성돼 있다.
환자 맞춤형 최적의 표적 치료제 개발에 활용
현행 신약 개발은 임상 시험 전에 생쥐(설치류) 또는 원숭이(영장류)와 같은 동물에서 효능을 검증한 후 인간을 대상으로 하는 임상시험 단계를 거처야 해 이 과정에서 막대한 비용을 필요로 했다. 그럼에도 불구하고 설치류는 인간과 상이한 유전학적, 해부학적 차이를 보여 설치류에서 보인 신약의 효능이 인간에서는 대부분이 재현되지 않는다는 문제점을 가지고 있다. 영장류를 대상으로 한 효능 검증은 멸종위기의 종 보호 및 동물 윤리적 문제 등으로 인해 전임상 실험동물로서는 적합하지 않은 경향이 있으며, 인간을 대상으로 하는 임상시험에서도 환자별 개인차에 의해 동일한 질환이라도 약물의 효능이 일정하게 작용하지 않는 경우가 많다.
따라서 환자의 병리현상을 추가적인 변형 없이 환자의 질환 표현형을 돼지에 그대로 재생시킨 인간화 돼지가 개발된다면 신약 개발에 있어 부적절한 전임상 평가 시스템 문제를 일거에 해결할 수 있으며, 앞으로 환자의 질환 세포가 이식된 환자 특이적 질환모델 돼지를 이용해 환자 맞춤형 치료기술이 일반화 될 수 있고, 특정 질환의 중·장기 합병증을 정확히 예측할 수 있어 약물·유전자치료 및 세포 치료에 의해 발생 할 수 있는 부작용을 최소화 할 수 있을 것으로 기대된다.
김 센터장은 “센터의 연구 성과는 최종적으로 환자 맞춤형 최적의 표적 치료제 개발에 활용돼, 미래 먹거리를 위한 국가 창조경제 발전에도 크게 기여할 것으로 기대한다”고 덧붙였다
