근이영양증(Muscular dystrophy)은 근육에 영향을 주는 12종의 유전성 및 퇴행성 질병을 총칭하는 단어이다. 이 질병은 주로 남성들에게 나타나며 디스트로핀(dystrophin)이라는 근육의 유지와 활성에 필수적인 단백질의 결실로 발생한다. 그 중에서도 어린이들에게 흔히 발생하는 뒤시엔느(Duchenne) 근이영양증은 X 염색체와 관련된 유전 질환으로 새로 태어난 남자아이 3500명당 1명꼴로 발생한다. 3-4살 정도에 처음 발병하며 초등학교에 들어가기 전부터 보행에 문제가 발생하고 7-12세 사이에는 거의 대부분이 걸을 수 없게 된다. 일반적으로 이들은 심장과 폐 근육의 약화로 인하여 20세 이전에 사망하며 현재 병을 완치하는 치료 방법은 없다.

근이영양증은 줄기세포가 관심을 많이 받는 유전 질환 중 하나이다. 그 동안 배아 줄기세포를 이용하여 뒤시엔느 근이영양증을 치료하려는 연구는 많았지만 주로 성체 줄기세포를 대상으로 했다. 2002년 ‘5월 27일자 Journal of Cell Biology’에도 미국 피츠버그 대학의 연구팀은 갓 태어난 건강한 새끼로부터 얻어낸 근육 줄기세포를 뒤시엔느 모델 마우스에 주입하여 3개월간 부작용 없이 근육 재생에 도움이 되었다는 연구결과를 발표했다. 지난해 12월 12일에는 성체 줄기세포에 유전적 조작을 가한 후 이를 주입하여 근이영양증에 효과가 있었다는 연구결과가 ‘Cell Stem Cell’에 발표되었다.

이번에 미국 과학자들이 근이영양증에 배아 줄기세포를 이식하여 증상을 개선시킨 연구결과를 ‘Nature Medicine’에 발표했다. 배아 줄기세포를 이식하여 근이영양증 모델 마우스의 손실된 근육을 부작용 없이 복구시킨 것은 이번이 처음이라고 한다. 연구를 주도한 텍사스대학의 리타 페링게이로박사는 “우리의 최종 희망은 사람을 위한 줄기세포 치료제를 개발하는 것이다. 이들 세포들을 근육에 이식하면 근육이 재생하게 된다.”라고 설명했다. 페링게이로박사는 “그러나 배아 줄기세포는 모든 종류의 세포가 될 수 있다는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여 우리는 한가지 조작을 하게 되었다.”라고 밝혔다. 연구팀은 줄기세포가 혈액, 뼈, 근육, 및 다른 조직이 되기 이전 단계인 발달의 초기에 활성화되는 Pax3라는 유전자를 조작하여 근육세포로 분화를 유도시켰다고 한다.

Pax3는 줄기세포의 운명을 결정하는 유전자로 2005년 2월 24일자 ‘Nature’에 보고된 바 있다. 원래 Pax3는 멜라닌 세포의 배아 발달(embryonic development)에 관여하는 것으로만 알려져 있었지만 피부에 존재하는 성체 줄기세포에서도 Pax3이 발현되었다. 또한 Pax3는 배아 신경능세포와 성체 멜라닌 줄기세포 기능조절 회로의 통제에 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다.

연구팀의 초기 시험에서는 혼란스러운 결과가 확인되었다. 페링게이로박사는 “페트리 디쉬에서는 이들 줄기세포를 배양하자 일부 세포들은 분화되지 않은 상태를 유지했다. 이들 세포들을 마우스에 주사했을 때에는 분화되지 않은 세포들은 과다증식 하여 암을 유발시켰다.”라고 설명했다. 다음 단계로 연구팀은 이 문제를 해결하기 위하여 축방 중배엽(paraxial mesoderm)의 표지인 PDGF 수용체는 있으면서, 가쪽판 중배엽(lateral plate mesoderm)의 표지인 Flk-1는 없는 세포들을 표적으로 삼아서 이를 분리하는 시도를 했다. 형광염료를 이용하여 분화된 이런 암을 유발시키는 불필요한 세포를 선별적으로 분리하여여 제거했다고 한다. 이렇게 분리된 줄기세포들을 근이영양증이 발생한 마우스에 주사하자 세포들은 근육 깊숙이 이동하여 성장하고 증식했지만 암은 발생하지 않았다.

근섬유에는 디스트로핀이 포함되어 있어야 하지만 근이영양증 환자들에서는 이들 단백질이 부족하다고 한다. 세포가 이식된 마우스들의 근육 발달을 측정하자 대조군의 마우스들보다 3배의 근수축을 보였다고 하다. 이 수치는 정상 마우스에 근접한 수준이라고 한다. 또한 3개월 후에도 암 발생이 없었다고 보고되었다. 연구팀은 다음 단계로 같은 기술을 사람에게 적용한다는 계획을 세우고 있다. 최근에 사람의 피부에서 다능성 줄기세포를 만들어내는 큰 성과가 있었기 때문에 배아줄기 세포의 윤리적인 문제도 해결될 것으로 연구팀은 보고 있다.