임상 적용 앞둔 인간 유도만능줄기세포(hiPSC), 반복 배양 시 유전체 불안정성 심화… 통합적 관리 전략 필수¶
원제목: Comprehensive Assessment of the Genomic Stability of Human Induced Pluripotent Stem Cells for Clinical Applications
핵심 요약
- 인간 유도만능줄기세포(hiPSC)는 반복 배양 과정에서 유전체 불안정성이 증가하여 임상 적용에 위험 요소가 될 수 있음.
- 기존의 염색체 분석법으로는 놓치기 쉬운 미세한 유전체 변이를 광학 유전체 지도화(OGM)와 같은 첨단 기술로 효과적으로 검출함.
- hiPSC의 안전한 임상 적용을 위해서는 염색체 분석, OGM, 전장 엑솜 시퀀싱(WES), RNA-seq 등 다각적인 분석을 통합한 품질 관리 전략이 요구됨.
상세 내용¶
인간 유도만능줄기세포(hiPSC)는 성체 세포를 역분화시켜 얻는 세포로, 다양한 세포로 분화할 수 있어 질병 모델링, 신약 개발, 재생 의학 분야에서 활용도가 높습니다. 특히 망막색소상피세포, 신경전구세포, 췌장 섬세포, 자연살해(NK) 세포 등 hiPSC 유래 치료제들이 임상 시험 단계에 진입하며 치료 가능성을 보여주고 있습니다. 그러나 hiPSC는 분화 과정 및 장기간 배양 중에 유전체 불안정성이 증가하는 경향을 보이는데, 이는 임상 적용 시 안전성에 심각한 우려를 제기하는 요인이 됩니다. 기존에 주로 사용되던 염색체 분석(karyotyping) 기법은 수십에서 수백 개의 유전체 변이만을 탐지할 수 있으며, 육안으로 확인하기 어려운 미세한 결실, 중복, 삽입 등과 같은 구조적 변이(SV)나 미세한 수적 변이(CNV)를 놓칠 가능성이 큽니다. 이러한 한계는 hiPSC의 안전성을 충분히 확보하기 어렵게 만듭니다.
본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 세 가지 hiPSC 세포주를 50세대까지 연속적으로 배양하면서 10세대마다 유전체 안정성을 평가했습니다. 평가에는 전통적인 염색체 분석뿐만 아니라, 미세한 구조적 변이와 수적 변이를 정밀하게 탐지할 수 있는 광학 유전체 지도화(OGM), 유전자의 코딩 영역 돌연변이를 파악하는 전장 엑솜 시퀀싱(WES), 그리고 유전자 발현 변화를 확인하는 RNA 시퀀싱(RNA-seq) 등 다양한 분석 기법이 통합적으로 활용되었습니다. 이러한 다각적인 접근 방식을 통해 hiPSC의 유전체 안정성을 포괄적으로 평가하는 새로운 전략을 구축하고자 했습니다.
연구 결과, 세 가지 hiPSC 세포주 모두 장기간 배양 과정에서 염색체 이상(예: 12번 염색체 삼염색체성), 구조적 변이, 수적 변이, 그리고 서열 돌연변이가 누적되는 것이 관찰되었습니다. 특히 OGM 기술은 염색체 분석으로는 발견하기 어려운 유전체 변이, 예를 들어 17번, 12번, 20번 염색체의 특정 영역에서 발생하는 반복적인 이상을 효과적으로 식별해냈습니다. 또한 WES 분석에서는 CDH1, BCOR과 같이 종양 발생 또는 특정 질병과 연관된 것으로 알려진 유전자들의 체성 돌연변이를 포함한 다양한 코딩 돌연변이가 확인되었습니다. 이러한 유전체 변화는 BCL2L1, KRAS, MDM2와 같은 종양 유전자의 발현 조절 이상과 같은 전사체 변화와도 상관관계를 보였습니다.
이러한 결과는 각 분석 방법이 고유한 탐지 능력과 한계를 가지고 있으며, hiPSC의 모든 유전체 이상을 종합적으로 파악하기 위해서는 단일 기법이 아닌 여러 분석 기법을 통합적으로 사용하는 것이 필수적임을 시사합니다. 본 연구에서 개발된 통합 분석 전략은 hiPSC 클론 선정, 세포은행 관리, 그리고 hiPSC 유래 제품의 품질 관리에 이르기까지 광범위하게 적용될 수 있으며, hiPSC 기반 치료제의 안전한 임상 적용을 위한 신뢰할 수 있는 유전체 안정성 평가 프로토콜을 제공합니다. 이는 재생 의학 분야의 발전에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.
편집자 노트¶
이번 연구는 재생 의학 분야의 핵심 기술인 유도만능줄기세포(hiPSC)의 임상 적용에 있어 가장 중요한 숙제 중 하나인 '유전체 안정성' 문제를 정면으로 다루고 있다는 점에서 큰 의미를 가집니다. hiPSC는 줄기세포 치료제의 개발 가능성을 열었지만, 세포를 만들고 키우는 과정에서 예측하기 어려운 유전적 변화가 생길 수 있다는 점이 상용화를 가로막는 큰 장벽이었습니다. 이전에는 염색체 분석과 같은 전통적인 방법으로만 유전체 이상을 확인하려 했지만, 이번 연구는 그러한 방법으로는 놓칠 수밖에 없었던 더 작고 복잡한 유전체 변이들을 첨단 기술인 광학 유전체 지도화(OGM) 등을 통해 잡아낼 수 있음을 보여줍니다.
더 나아가, 이 논문은 단순히 유전체 이상을 발견하는 것에 그치지 않고, 이러한 이상이 세포의 기능이나 잠재적인 위험성(예: 암 발생 가능성)과 어떻게 연결될 수 있는지를 보여주는 전사체 분석(RNA-seq)까지 통합적으로 수행했습니다. 이는 hiPSC가 안전하게 환자에게 적용되기 위해서는 단순히 '유전체에 문제가 없다' 수준을 넘어, '어떤 종류의 문제가, 어떻게, 얼마나 위험한 영향을 미칠 수 있는지'까지 파악해야 한다는 점을 강조하는 것입니다. 결국, 이번 연구는 hiPSC의 품질 관리에 대한 새로운 기준을 제시하며, 앞으로 개발될 hiPSC 기반 치료제들이 환자들에게 더 안전하게 제공될 수 있는 길을 터주었다고 평가할 수 있습니다.