유전자치료란, 질병의 예방과 치료를 위해 인체에 유전물질 또는 유전물질이 조작된 세포를 투여하는 치료법입니다. 넓은 의미에서는 환자의 유전자를 포함한 유전체 구성에 변화를 초래하는 모든 의료절차가 유전자치료에 포함됩니다. 유전자치료는 기존에는 치료가 힘들었던 암, 유전병 및 희귀 질환도 치료할 수 있는 게임체인저로써 각광받고 있습니다.
특히, 전 세계적으로 암 환자에게 유전자 정보를 이용한 맞춤형 치료는 연구할 가치가 높고 언젠가 모든 암환자에 적용 가능한 표준치료가 될 수 있습니다. 실제로 전 세계의 암 유전자치료제의 잠재시장규모는 2013년 기준 735억 달러로 그 규모가 매우 크고, 시장 성장률은 연 15% 수준으로 모든 약효군 중에서 가장 높은 시장 성장률을 보이고 있습니다. 이번 게시글에서는 유전자치료에 대해 알아보고 이를 이용한 암 치료 기술에 대해 소개합니다.
유전자치료란?
유전자치료란, 질병의 예방과 치료를 위해 인체에 유전물질 또는 유전물질이 조작된 세포를 투여하는 치료법입니다. 또는 비정상 유전자를 정상 유전자로 대체시켜 유전적 결함을 치료하거나 새로운 기능을 추가하는 획기적인 치료법으로, 넓은 의미에서는 환자의 유전자를 포함한 유전체 구성에 변화를 초래하는 모든 의료절차가 유전자 치료로 간주됩니다.
유전자치료의 목적
근본적으로 유전자 치료의 목적은 유전 질환을 앓고 있는 사람의 유전적 결함을 교정하는 것입니다. 유전자 치료법으로는 체세포 유전자치료와 생식세포 유전자치료 두 가지가 있습니다. 체세포 유전자치료는 특정 기관 또는 조직에 생긴 유전적 결함을 치료하는 것이며 생식 세포 유전자치료는 난자, 정자 또는 수정란을 사용하여 교정된 유전자를 갖춘 개체를 만드는 것입니다.
유전자치료의 문제점
그러나 유전자치료법에도 한계는 있는데, 그 문제점들은 다음과 같습니다.
첫째, 이러한 치료 방법을 통해 형성된 유전적 변화는 다음 세대에 전달될 수 있기 때문에 심각한 사회적, 윤리적 논란이 대두되고 있습니다. 둘째, 유전체 전달 매개체로 바이러스 벡터를 사용할 경우, 안전성 문제가 우려됩니다. 다른 문제점들로는 면역반응, 삽입 돌연변이 유발, 비용 등이 언급되고 있는 실정입니다.
전통적인 항암요법의 문제점과 유전자 치료
암은 세포주기가 조절되지 않아 세포분열을 계속하는 질병입니다. 의학이 발전하여 치료 효과가 향상되었지만, 암은 여전히 사망원인 1위를 차지하고 있는 무서운 질병입니다.
암을 치료하기 위한 전통적인 항암 요법에는 외과적 수술, 방사선 치료, 화학 요법 등이 있습니다. 수술과 방사선치료의 경우, 비교적 초기에 진단된 암환자에 대하여 인지된 범위 내에서 암세포를 제거합니다. 그러나, 미세하게 퍼져있는 암세포가 주변 조직에 남아 있는 경우 재발할 위험이 있습니다.
또, 수술이나 방사선치료는 부작용을 수반합니다. 전통적인 항암제는 암세포가 정상 세포보다 빨리 자란다는 특징을 공격 목표로 삼고 개발되었기 때문에, 우리 몸에서 빠르게 재생되는 골수 조혈모세포, 모근세포, 점막세포 등도 동시에 공격 대상이 됩니다. 이런 이유로 화학 요법을 받은 환자는 백혈구 수가 저하되어 세균감염에 취약해지거나, 탈모를 겪고, 구내염으로 고통을 받는 등 부작용을 피할 수 없습니다. 또한 항암제에 반응하는 치료 효과가 환자마다 다를 수 있고, 반응한 환자들도 약제에 내성이 생겨 결국 완치되지 못하는 환자가 많습니다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 유전자 치료를 이용한 항암 맞춤 의학입니다.
항암 맞춤 의학의 발전, 유전체 분석과 유전자 치료법
유전자의 염기서열을 분석하는 기술이 빠르게 발전하면서 한 개체가 가진 유전자 전체(유전체)의 염기서열을 짧은 시간 안에 판독하는 것이 가능해졌습니다. 이 정보를 이용하여 신약개발뿐만 아니라 암에 대한 예방적 조치도 일부 가능해졌습니다. 암의 발생과 진행에 유전자 돌연변이가 깊이 관련되어 있는 것으로 알려지면서, 개인별 유전자 염기서열의 이상을 파악하여 치료법을 선택하고 암을 예방할 수 있을 것으로 기대됩니다.
항암 치료에서의 유전자치료는 다양한 방식으로 이루어집니다. 유전 정보가 바뀐 유전자 전달체(ex, 바이러스)를 몸속에 넣는 '체내 유전자 치료' 방식이 대표적이지만, 환자에게서 세포를 채취해 유전 정보를 바꾼 뒤 다시 주입하는 '체외 유전자 치료' 방식도 있습니다.
항암 유전자 치료
암의 유전자치료는 암의 발생에 관여하는 유전 정보의 이상을 교정하고자 하는 직접적인 공격전략과 암에 대항하는 인간의 면역체계를 강화하도록 유전자를 조작하여 암을 퇴치코자 하는 간접적인 치료전략인 면역강화요법으로 구분할 수 있습니다.
직접적 치료 전략
직접적인 치료전략의 예로, p53 tumor suppressor gene을 발현시켜서 암을 정상조직으로 전환시키는 연구가 진행되고 있습니다. 그러나, 직접적인 치료전략은 실험실에서는 쉽게 이루어질 수 있으나, 10억 개 이상의 암세포로 구성되어 있는 직경 1cm의 종양에서 모든 종양세포가 유전자 조작되어 암을 퇴치하는 것은 기술적으로 쉽지 않습니다. 또, 인체 내에서 정상세포에 손상을 주지 않고 암세포의 유전자만 조작하는 데는 많은 어려움이 있기에, 직접적인 공격전략이 성공적으로 임상에 이용되기 위해서는 해결해야 할 과제가 많습니다.
간접적 치료 전략, 면역 요법
직접적인 공격전략의 문제점을 극복하고, 임상응용의 가능성을 높인 유전자요법이 면역요법을 이용한 간접적인 치료전략입니다. 이는 환자 본인의 면역기능이 암을 파괴할 수 있도록 유도하는 과정에 유전공학 기법을 응용하는 방식으로, 암 조직의 일부세포에만 유전자조작이 이루어지더라도 잇달아 촉발되는 면역반응이 대부분의 암세포를 파괴할 수 있어, 현재 진행 중인 항암 유전자치료의 큰 축을 이루고 있습니다.
유전자조작을 통한 면역반응의 증진 시도 중 가장 관심을 끌고 있는 분야는 종양세포에 직접 cytokine gene을 도입하여 종양세포 자체가 cytokine을 분비하게 함으로써, 환자에게서 능동적으로 면역반응을 유발하는 연구 분야입니다. 여기서 cytokine이란, 혈액 속의 면역 단백질 중 하나로, 세포 신호전달에 중요한 역할을 하며, 면역 세포가 분비하는 단백질입니다. cytokine은 대식세포의 증식을 유도하거나 면역세포를 활성화시키고, 면역반응을 증폭시키기는 역할을 합니다.
맺음말
이처럼 유전자치료는 항암 치료, 난치병 치료 등 그 시장 규모가 매우 크고 고통에 빠져있는 난치병 환자들을 구원할 수 있는 최신 기술입니다. 본문 내용은 아래 문헌을 참고하여 재구성하였습니다. 지금까지 긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 다음에는 더 좋은 내용으로 돌아오도록 하겠습니다.
참고 문헌
1) 허대석, 항암 세포치료와 유전자치료의 현황, 대한내과학회지 제74권, 2008
2) 허대석, 암 치료에 있어서 맞춤의학의 현황과 전망, J Korean Med Assoc 2015 November; 58(11): 1021-1026
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