Organoid에 관한 리뷰 논문이 Cell에 Publish 되었네요. 참고하실 분들은 참고하세요. 특히 주목할 만한 부분은, 줄기 세포의 대가인 Hans Clevers가 쓴, 최신 Trend update 논문입니다.
간단하게 Organoid를 정의하자면, 줄기세포에서 유래한 In vitro organ으로, 3D culture를 통해서 in vivo organ의 형태, 기능을 "모사"하는 Organ이라고 생각하시면 됩니다.
특히, 어떻게 organ이 만들어지는가, 그 과정에서 Stem cell의 commitment는 어떻게 이루어 지는가, 그리고 현재, 이를 통해서 질병 모델을 만들어 낼 수는 없는가에 대한 활발한 연구가 전세계적으로 이루어지고 있습니다.
이 논문은 정말 다 잘 썼지만, 특히 재미있는 부분은, Figure 1 이였습니다.
1965-85년도에 Organoid라는 개념이 developmental biology experiments that sought to describe organogenesis by cell dissociation and reaggregation experiments, 즉, 발생학에서 장기 형성(organogenesis)에 관한 연구를 통칭하는 세포 실험(cell dissociation and reaggregation experiments)을 의미했었는데, 최근 그 개념이 3D culture에 연관된 실험으로 바뀌어 갔다는 점이 흥미롭습니다. 일종의 복고풍(?)이라고 할까요.
여하튼, 최신 Organoid의 트렌드를 알 수 있는 논문이니 흥미롭게 읽으시길 바라겠습니다.
Parabiosis라는 수술 방법은 쥐에서 서로의 혈관을 연결해서, 순환계를 공유하는 시스템입니다.
노화된 쥐가 젊은 쥐와 parabiosis되었을 때, Anti-againg이 일어난다는 보고가 예전부터 있었습니다. Ruckh, Julia M.; Zhao, Jing-Wei; Shadrach, Jennifer L.; Peter; Nageswara Rao, Tata; Wagers, Amy J.; Franklin, Robin J.M. (2012). "Rejuvenation of Regeneration in the Aging Central Nervous System". Cell Stem Cell. 10 (1): 96–103. doi:10.1016/j.stem.2011.11.019
급기야 2014년도에는 혈장 교환을 통해 기억력 및 학습능력이 향상된다는 보고도 있었죠. 그것도 사이언스 논문에 말입니다.
개인적으로 이 젊은 피 수혈 자체가 가진 항노화 효과를 아주 미약하게 보고 있습니다. 물론, 대규모 임상 시험과 여러가지 조사를 해 봐야겠지만.... 그 근거는 아래와 같습니다.
1) 실험에서 이용된 마우스는 소위말하는 마우스 라인입니다. 즉, 실험에 이용된 마우스는, 20세대 이상 형매 결합하여, 면역학적으로 동일하게 재구성된 DNA를 가지고 있기 때문에, 이론적으로 면역 거부 반응이 없습니다.
하지만, 그에 반해, 인간의 경우에는, 아무리 혈장을 이용한다고 하더라도, 외부 이물질에 대한 노출은 마이너할지라도 면역 거부 반응이 생길 가능성이 높습니다.
이 면역 거부 반응이 장기적으로, 항노화 반응에 득이 될지 해가 될지는 더 지켜봐야 합니다. 가장 큰 이유라고 봅니다.
2) 실험에서 이용된 마우스는 학습 등 평가 항목이 인간에 대비해 제한적입니다.
인간의 기준으로 본다면, 마우스의 학습 능력은 기껏해야 빨간색을 기억하느냐, 미로를 잘 찾아 가느냐 정도의 수준입니다. 치매가 걸린 사람이 아닌 이상, 대부분의 사람들이 아주 쉬운 수준으로 할 수 있는 행위인데, 이 마우스의 결과를 인간 수준의 "학습 개선" 효과가 있다고 말하기는 아주 섣부를 결론이라고 할 수 있습니다.
3) 아직까지 보고된 N수가 아주 낮으며, 인간에게 적용하기에는 길이 멉니다. 기본적으로 수혈자체가 아주 간단한 방법이긴 하지만, 진짜 혁신적이려면, 첫째, 이 스터디가 인간에게 대규모로 진행되어 통계적으로 유의미해야 하며,둘째, 그 과정에서 어떤 유전자가 어떤 기전을 거쳐서 인간에게 항 노화 효과가 있는지가 밝혀져야 합니다. 그게 바로, 의학이 가진 힘이고 과학이 가진 힘입니다.
그냥 오래전부터 해오니깐 되더라, 혹은 계속 써왔는데, 설마 해가 있겠어 하면서 짬짬이로 통과시키는 것이 아니라, 대규모로 증명하고, 평가 받아야 합니다. 하지만, 지금 항노화 parabiosis는 아직 그 단계가 아닙니다. 즉 언제든 "꽝"일 수 있다는 이야기입니다.
이제 조만간 찌라시 신문에서는 "새롭게 효도하는 법" 혹은 "어버이날 특별 선물"이라면서 "나의 피를 부모님께 수혈해 드리는 패키지"가 나올지도 모르겠습니다.
그리고 국회나 공무원 사회에서 로비 직전에 늙은 사람을 모셔다가, 이게 좋은 건데... 하면서 "수혈 패키지" 국회 로비가 생길지도 모릅니다. 김영란 법 상한선에 걸리지 않기 때문에, 걸리지 않아요. 그리고 한우보다 더 좋을 수도 있어요~
그리고 조만간 신문에서 이런 기사가 나오겠죠. "김영란 법을 회피한 "수혈 패키지" 때문에, 한우 농가와 국내 농축산물 몰락. "젊은 피 수혈 패키지"는 국민적 정서와는 맞지 않아 폐지가 필요."
우리나라는 결핵 우범(?) 지역입니다. 전세계적으로 결핵은 특정 상황, 예컨대 HIV infection으로 인한 AIDS에서 HIV를 발견하는 하나의 증상으로 예시되고 있는데, 우리나라는 HIV 없이도 결핵에 걸릴 수가 있죠. 따라서, 결핵은 우리나라 보건에서 아주 중요한 자리를 차지하고 있습니다. 심지어, 결핵과 전문의도 우리나라에는 존재해요.
Cell에서 결핵에 관한, 아주 자세한 Review article을 제시했습니다. 최신 pathogenesis 경향이라고나 할까요. 결핵에 대해서 자세히 써놓은 논문이면서도 "꽁짜"로 풀려 있으니깐, 많이 많이 읽으세요~
특히, 사람의 경우에는 인종, 나이, 성별, 문화 등등, 워낙 다양한 조건이기 때문에, 실험 재현이 어려운 경우가 많습니다. 혹자는 사람에 한해서, 재현성이 40% 정도만 되어도 충분히 제약 시장에 먹힐 수 있는 약을 만들 수 있다는 이야기도 합니다.
바이오 실험에서의 재현성을 확보하기 위해서, 가장 잘 만들어 놓은 것이 바로 마우스 라인들이죠. 흔히 말하는 C57Bl/C, BalbC 등등의 inbred mice는 사실상 genetic background가 20회 이상의 근친교배(정확히는 형매 교배)로 고정되어 있죠. 그렇기 때문에, 마우스 실험에서 하나의 라인을 쓴다는 것은, 이 라인을 이용해서 재현이 가능할 것이다라는 것을 의미하기도 합니다.
하지만, 사람은 윤리적인 문제로 "라인"을 만들 수가 없죠. (유대인 라인, 흑인 라인, 백인 라인, 동양인 라인, 한국인 라인 등은 상상만으로도 인종차별주의자가 되기 십상입니다. 다만, 유전학적 스터디에서 이들의 Background는 인종차별이나 우성학과는 별개로 밝혀지기도 합니다.)
그리고, 사람은 문제가 생기면 안되기 때문에, 개체를 대상으로 특정 실험을 수행하기도 아주 어렵습니다. 현재, 여러가지 organ on a chip, iPS, ES Cell 등이 이를 대체할 수 있는 실험이기도 하지만, 여러 제약이 있습니다. 특히 옛날에는 훨씬 더 심했겠죠.
그래서, 1951년도에, 사람 암, 종양을 연구하기 위해서, Johns Hopkins Hospital in Baltimore, Maryland, U.S.에서, George Otto Gey 박사가 Henrietta Lacks라는 흑인 여성의 자궁암 세포를 immortalization 시켜서 암세포주를 세계 최초로 만들게 됩니다. 사람의 세포를 배양해서 사람 혹은 암을 연구하자는 컨셉이었죠.
물론 이 과정에서 동의서를 받지 않아서 문제가 될 소지가 있었지만, 그 당시에는 이런 부분에 대해서 미약했었고, 심지어 당시, 법적으로도 큰 문제가 없었습니다.
실제로 1950년대에 이 HeLa cell line으로 인해서, in vitro culture에 정말 많은 변화가 왔습니다.
당시 "단순히" primary culture로만 실험하던 사람들 눈에는, 대부분의 세포가 그냥 몇 번의 게대 배양(passage)으로 죽어버리는데 반해, 이 세포는 무한히 증식하기에, 어떤 요소가 세포를 immortal하게 만드는지에 대해서 의구심을 갖게 하였고 관련 연구를 이끌었죠.
그리고, 그 세포에 대해서 많은 연구가 진행되면서, 암세포 뿐만 아니라, telomerase 연구, 그리고 심지어, Polio vaccine, Flu, Parkinson씨 병까지 그 세포의 이용은 확장됩니다.
개인적으로도 HeLa cell 말고 다른 cancer cell line을 쓴 적이 있는데, 정말 잘 자라더라구요. 조그마한 세포들이 며칠 지나면 plate를 가득 메우는데,
:)정말 무한히 증식하더군요.
하지만, 이런 cell line의 발견 이후에, 저 박사님은 관련 세포주를 많은 사람들에게 제공해 줍니다. 추후에는 commercialization 되기도 했죠. 그렇게 퍼져나간지가 벌써 60년이 되었습니다.
그 이후 HeLa cell과는 별개로, 또 다른 랩에서는 다른 종류의 암세포를 이용한 세포주들이 만들어 졌죠. Breast cancer cell line, Lung cancer cell line, Liver cancer cell line 등등 많은 종류의 암세포주가 만들어 졌고, 이를 통한 연구가 진행되었습니다.
과연 이 과정에서, HeLa cell이 다른 세포주와 contamination 되지 않았을까요? 무수히 많은 랩에서 이 세포주를 가지고 실험하는데, 사소한 라벨링 실수 한 번 일어나지 않았을까요? 그리고 그 세포가 진짜 그 세포일까요?
여기서 말하길, Christopher Korch, a geneticist at the University of Colorado, has studied the issue. According to Korch, nearly 5,800 articles in 1,182 journals may have confused HeLa for HEp-2; another 1,336 articles in 271 journals may have mixed up HeLa with INT 407. Together, the 7,000-plus papers have been cited roughly 214,000 times.
즉, 대략 7000개 이상의 논문이 잘못된 세포주를 사용하는 것으로 보인다고 보고하였습니다. 여기서 중요한 것은, 단지 2개의 세포주만을 비교 대상으로 삼았어요. HeLa cell and HEp-2 cell
만약 현재 시판되고 이용되고 있는 400개의 cell line을 합하면 contamination은 훨씬 더 증가하겠죠. 그리고 일부에서는 Human cell line에 Mouse, Pig cell이 contamination되었다는 보고도 있습니다.
특히 최근에는 이런 세포주들의 genetic origin을 상대적으로 값이 싸진 seqeuncing을 통해서 validation하고 있다고 하니깐, 조만간 더 많은 오류들이 보고될 것이라고 예상합니다.
자 그렇다면, 어떤 미래가 펼쳐질까요? 개인적인 생각입니다.
1. in vitro cell line 실험은 실험 전체의 Main이 되지 못할 것이다. - 벌써부터 종양을 연구하시는 분들은 그러하지만, 더 이상 Cell line 연구를 통한 실험은 큰 가치를 잃게될 가능성이 큽니다. - 이는, 실제로 실험을 진행하는 Wet lab 사람 뿐만 아니라, 데이터를 긁어서 쓰는 Bioinformatician에게도 해당하는 사실이 될 것입니다.
2. Cell line을 이용했다면, 어떤 cell line을 이용했는지, 그리고 그 Cell이 적합한 origin을 가졌는지에 대한 Validation 실험이 추가될 것이라고 봅니다. - 값이 많이 저렴해진, Whole genome sequencing을 통해서, 실험에 이용된 cancer cell line이 제대로된 Cancer cell line인지를 보여주는 데이터를 요구할 가능성이 높을 것이라고 보입니다. 예전에는 가격이 비싸서 못했겠지만, 지금은, 그리고 앞으로는 더 저렴해서, PCR하듯이 데이터를 보여달라고 할 가능성이 높아질 것입니다. - 그렇게 된다면, Big lab에서 자신들이 가지고 있는 Cell line을 sequencing하고, 이를 근거로, 유망한 cell line만 다시 뽑은 후, 다시금 다른 랩에 기부하거나 공유하게 될 가능성이 큽니다.
3. 최악의 경우에는, Cell line 실험이 가치를 잃어버리고, 더 이상 존재하지 않을 가능성도 배제할 수 없습니다. - 이런 논의들이 많이 오고가면서, 마치 유행처럼, 이제는 더이상 Cell line은 의미없지모... 하면서 이 실험을 하지 않을 가능성도 있습니다. 가뜩이나, in vitro 실험이 vivo mimicking을 못한다는 단점으로 "in vitro 안 믿어!"라는 판국이기에, 이것이 더 가속화될 수도 있습니다. -물론 당장 사라지지는 않겠지만, 그 실험의 유의성과 활용도는 분명히 제한될 수 있을 것 같아 보입니다.
자 그럼, 이제 어떻게 해야할까요?
1. 관련 실험을 하시는 분들은, 이제 슬슬 Cancer cell line과의 이별을 준비하시는 것이 좋을 것 같습니다.
- 가급적이면, in vivo 실험으로 대체해낼 방법을 찾거나, Primary culture cell로 실험하는 방법을 찾아야 할 것으로 보입니다.
- Bioinformatician 역시, 어떤 실험 조건의 자료를 크롤링하거나, 모을 때, Cancer cell line이라면, 조금 더 조심히 approach하셔야 할 듯 합니다. 그 cell이 진짜 그 cell이 아닐 수도 있기 때문입니다.
2.꼭 하셔야 겠다면, Validation을 최소한 하시고 실험하시길 바랍니다.
- 자신의 랩이 가지고 있는 Cell을 "clonal expansion(반드시)" 하시고, 그걸 토대로 sequencing하셔서, Cancer cell line의 정당성을 확보하시길 바랍니다. 이 과정에서 특수한 발견을 하실 수도 있지만, 꽝이 된다면, 1번으로 다시 돌아가시면 됩니다.
- 자신의 랩이 sequencing할 여력이 없다면, 다른 랩과 공동으로 sequencing하거나, sequencing해서 정당성이 확보된 세포주를 이용하시길 바랍니다. 이 과정에서 카르텔(?)이 형성될 수도 있습니다.
문제를 의심하거나, 당연한 것을 당연하지 않다고 생각하면서 도전하는 것. 그것이 바로 과학의 힘이 아닐까 하는 생각을 해 봅니다.
당연히 HeLa cell처럼 보이지만, HeLa cell 이 아니라고 인지하는 순간, 모든 결과가 뒤바뀔 수도 있습니다. 여러분들의 세포주는 100% contamination되지 않았다고 말 할 수 있나요?
기본적으로, Stem cell 분야에서는 이번 수묵화처럼, 골짜기와 관련된 워딩턴 가설이 있습니다. 세포 분화는 자연 상태에서 비가역적인 하나의 방향으로만 나아갈 뿐이라는 것이 워딩턴(Conrad H. Waddington)의 가설이지요. 즉, "세포는 한 방향으로 내려올 뿐이다(만능->분화)"라는 것을 설명하기 위해서, 골짜기처럼, 위에서 아래로 내려오고는 다시금 위로 올라갈 수 없다는 설명을 곁들인 골짜기 그림이 줄기 세포 분야에서는 한동안의 패러다임이었습니다. 물리에서는 이와 비슷한 낙하 사고 실험이 있지요. 궁금하시면, 여기 들어가서 또 한번 스스슥 복습해 보세요
물론, 이를 깬 인간들이 바로, 핵 치환을 통해서, 다시금 개체로서 초기화가 가능하다는 것을 보인 가일(?)을 닮은 거든 경과 포유류에서 복제양 "돌리"라는 가능성을 제시하고, 말년에 X 밟아서, 안드로메다로 간, 이언 월머트(실제는 공동 연구자인 켐벨이 대부분의 모든 걸 했다죠..) 그리고, 체세포라는 녀석에게 라면에 계락 탁, 파송송 집어넣듯이 DNA를 넣어서 짜쟌~ 하면서 초기화 시킨 야마나카 박사가 있죠. 이것 역시 궁금하시면, 저희 블로그 예전 글로 스스슥 복습을 한 번 더~ 야마나카http://mdphd.kr/32존 거든http://mdphd.kr/37오늘 복습이 좀 많죠 헤헤헤
사실상, 야마나카의 iPS는 이런 골짜기 이론에서 마치 스키장의 "리트트 신공"을 발휘하는 것과 같이, 골짜기를 내려오더라도, "리프트나 케이블카 타면 다시 꼭대기로 올라갈 수 있지롱~" 을 보여준 하나의 예가 되었고, 그 이후에 워딩턴 가설은 폐지가 되었습니다. 정확히는 폐지가 되었다기보다는, 수정- 보완이 되었다는 말이 맞겠죠. 마구 잡이로 방향 설정이 가능한 모델로... 여전히 자연 상태에서는 한 방향으로 분화하는 것이 대부분이니깐 워딩턴 아저씨의 이야기는 엄밀히 따지면 틀린 이야기는 아니에요.(물론, 아닌 경우도 있어요:))
여하튼, 이 산, 골짜기 이런 게 줄기 세포에 등장하니깐, 사람들이 알프스 같은 스위스나 유럽 이런 산을 생각하는데(전 그랬습니다만...쿨럭...), 중국 사람들은 산, 골짜기 이런 거 하면 뭐 생각하겠어요. 제가 중국인이라면, 아마도 무협지에 나오는 산을 생각할 거 같네요.http://wikitree.co.kr/main/news_view.php?id=96174(요런 산들)
그래서, 아래와 같은 Cell cover와 같은 무협지 그림이 등장했어요. 그림을 조금 설명하자면, 각각의 산 꼭대기가, 각기 다른 세포 상태를 의미해요. 예컨대, 한 꼭대기는 분화가 거의 완료된 somatic 상황(제일 아래에 있는 꼭대기겠죠),또 한 꼭대기는 중간 단계라고 볼 수 있는, XEN(extraembryonic endoderm)-like state(중간 꼭대기), 그리고 나머지 한 꼭대기는 pluripotent cell states(어스름한 안개가 낀 제일 높은 꼭대기) 이렇게 세 개의 꼭대기를 의미하고 있어요.
그리고, 각각의 산을 연결하는 다리는 이 연구자들이 궁극적으로 도전하고 있는 Chemical Induced Pluripotent Stem Cell의 Inducing chemical 혹은 small molecule들이구요. 그리고, 저기 여유를 즐기면서 노를 젓고 가는 저 그룹은 Transgenic approach를 의미한다고 해요. 오~ 꿈보다 해몽~~ ㅎㅎ 하나 핵심은, 저 배가 가고 있는 방향이 위로 올라간다는 것이에요. 그림에 담긴 의미를 이해한다면, 위로 올라가야지 맞는 것이겠죠. 제 눈에만 그렇게 보이나요?
동양적인 절제와 여백의 미가 담긴, 수묵담채화를 통해서, 메이저 저널에 이런 커버를 싣는다는 것 자체가 아주 멋진 것 같아요. 저는 언제쯤... ㅎㅎㅎ 커버가 아니더라도, 셀에 한 번 논문을 내어 보기나 해 봤으면 좋겠어요 ㅎㅎㅎ 모든 생명 과학자, 의과학자들의 꿈이 아니겠어요?
Impact factor라는 수치보다, 인류 역사에 과학 지식으로 새겨진다는 그런 의미로 말이에요. 여담이지만, 만약 지구가 멸망하면, 나사가 주요 인간들을 Cell, Nature, Science 요거 몇 권을 들고, 우주로 튄다는 이야기가 있던데. ㅎㅎ 앞 표지만 보고 뽑는다면, 이번 권은 동양 문화를 포함하고 있어서 아마 포함될지도 ㅎㅎㅎ
추신 1) 그림을 자세히 보시면, 분명히 저 기러기들도 무언가 의미가 있을 것 같은데, 따로 의미를 풀어놓지는 않는 것처럼 보이네요. 도대체 뭘까요?
추신 2) 어스름 들어 있는 안개가, 우리가 아직 모르고 있는 미지의 세계를 형상화한 것 같아서, 또 한 번 생명의 신비를 느낍니다. 갑자기 스티븐 킹의 소설, 그리고 영화 Mist가 또 한 번 보고 싶네요.
종양면역학은 요즘 꽤나 핫한 분야 중 하나죠. 지금이야 뭐 이쪽을 연구하시는 분들이 워낙 많아진 관계로 레드오션이 되어버리기는 했지만, 연구라는게 외롭게 혼자 하는 재미도 있습니다만, 복작복작 거리면서 백가쟁명하는 재미도 있는거죠 뭐.
여하간, tumor immunosurveillance와 tumor immunity 쪽에서 가장 핫한 토픽은 regulatory T cell, dendritic cell, MDSC이죠. 그리고 그 중 가장 핫하게 달리고 있는 분야는 바로 CAR (chimeric antigen receptor) T cell입니다.
간만에 Nat Rev Immunol에 들어갔는데 재미나는 영상이 나와있네요. 종양면역학에 대해서 아주 간단하고도 이해하기 쉽게 만들어져 있어서 소개합니다. 아래의 동영상에서도 볼 수 있듯, tumor immunity에서 최전선을 담당하고 있으면서 행동대장으로 작용하는 놈들이 바로 cytotoxic T cell과 NK cell인데요. CAR는 말 그대로 cancer에 대해서 specific하며, T cell을 activation시킬 수 있는 domain을 가진 chimeric antigenic receptor를 T cell에 발현시키고 이걸 종양을 가진 개체에 투여하여 종양에 대한 면역작용을 일으킨다는 개념입니다.
뭐 스팀팩 맞은 마린으로 종양을 공격한다!라고 보면 간단한 개념이죠. 여하간, 이러한 chimeric antigenic receptor에 대한 연구는 계속 발전해서 지금은 3세대로 접어들고 있을껍니다. (3세대 맞나? 가물 가물) 그러니깐 아반테 → 소나타 → 제네시스 정도로 발전한거겠지요. 뭐 쫌만 더 있으면 체어맨 나올테고 그러면
"오빠차 뽑았다! 야, 이 종양놈의 색희들아! 니들 거기 꼼짝 말고 있어! 내 지금 오빠차를 몰고 가서 네놈들의 머리통을 다 날려버리겠어!!"하시면 됩니다. (근데 이게 약간 걱정이 되는게 폭스X겐 같이 연비 뻥튀기 하는 논문들이 쫌 있어서리..ㅎㅎ 세포 베이스의 약물들의 경우는 정말 여러가지 변수가 있어서 실제 임상에 적용하기에는 많이 조심해야 합니다. 안 그러다 보면 황X석 처럼 사기꾼 색희가 설치는 꼴을 또 보게될지도 몰라염.)
뭐 저도 여기에 한 발꼬락 정도 담그고 있는 입장인데다, 남들이 별 생각 안 하는 분야를 연구하는 입장이다 보니, 이쪽 연구 중 메인스트림 연구들이 어찌 흘러갈지 참 흥미롭네요.
그러고 보니 이번 Cell에 재미있는 논문이 나왔군요. Regulatory T cell은 면역억제 과정에서 사령관 노릇을 하는 놈들로 알려져 있는데,종양면역에서 면역세포 억제 뿐만이 아니라 tissue repair과정에서 면역반응을 억제하는 것 역시 중요하죠.그런데,이번 논문에서는 이 녀석들이 소매를 걷고 tissue reparing과정에 참여한다는 사실이 밝혀졌습니다.
비가 와서 진지가 무너졌는데 별하나가 팔뚝 걷고 삽질한다고 설치는 셈이지요.워낙 좋은 연구들이 많이 나오는 분야도 찬찬히 다시 디벼보면 논문꺼리가 나오는 듯 싶습니다.물론 이걸 캐치하는게 여간 어려운 일이 아닐 따름이지요.
요건 살짝 된... 5월에 Nature methods에 나온 논문입니다. 논문이라고 보기보다는 correspondence라고 봐야 하겠지만서도.. 데이터가 있으니 일단 참고하시라고 올립니다.
기술적으로 광풍(?)으로 봐야할 CRISPR-Cas9을 포함한, 다양한 기술의 gene-editing의 가장 큰 단점은 의도하지 않는 gene editing이겠지요. 나는 A라는 유전자를 교정하려는 시도를 했는데, A가 교정된 것까지는 좋지만, 공교롭게도 교정하고자 하는 A와 비슷하게 생긴 B라는 녀석까지 교정(?)이 되어버리는 것이 Off-target effect입니다. 아무리 specific한 기작을 이용한다고 해도, 이런 off target effect는 예상하기 힘든 방향으로 생겨날 수 있기 때문에, 임상을 목적으로 한 gene editing - 유전자 교정(혹은 편집)에서 가장 우려하고 있는 부분이기도 합니다.
그래서, 영국의 한 그룹에서 한 일이뭐냐 하면, 지난 번에 CRISPR-Cas9으로 만든 쥐를 whole genome sequencing 해 버린 것입니다. 즉, 우리가 타겟한 곳 말고 또 다른 부분이 문제 생긴 곳이 있는지 전체 유전자 레벨에서 한 번 살펴 보니깐.. 생각했던 것보다 적더라.. (rare라고 표현한 부분이 중요합니다.) 아주 없지는 않았다는 것이죠.
프로세스 자체는 이러합니다.
- CRISPR-Cas9으로 유전자를 타겟한 마우스를 만듦 -> 그 마우스의 유전자 전체를 whole genome sequencing 함. -> 집어 넣어준 가이드 RNA가 건드릴 수 있는 부분을 하나하나 다 조사함. -> 찾아 보니깐 별거 없었음.
입니다.
언급되어 있기로는 ufficient depth (20–25×) to detect more than 95% of heterozygous variant로 시퀀싱을 했고, 8,441 possible off-target sites 중에서 단 한 곳만이 문제가 생겼다고 합니다.
실제로 이 사람들이 한 접근은 zygote에다가 바로 CRISPR-Cas9 시스템을 바로 적용한 사례인데요. 이 역시, stem cell culture 과정에서 생길 수 있는 여러 mutation, variation을 막기 위한 방법으로 접근했는 것 같네요.
결과적으로 이 그룹의 주장은, CRISPR-Cas9 시스템이 생각보다 안전하고, off-target effect가 잘 없다는 것인데.. 개인적으로 아직까지는 안전하다고 보기는 좀 힘들지 않나.. 보고 있습니다. 물론 CRISPR-Cas9 시스템 자체가 아주 specific하긴 하지만, 여전히 완벽하게 내가 원한 딱 그 곳만 타겟팅하는 디자인을 짜기가 쉽지 않고, 아직은 원하는 곳만 보고 있는 수준이기 때문이죠. 그리고, 내가 원하는 유전자를 타겟팅하는 과정 중에 deletion이 생기거나, frame shift가 일어나는 경우도 종종 있기에, 실험실 수준에서는 아직까지 충분히 좋은(이라고 쓰고 거의 휩쓸다시피한 이라고 읽습니다 쿨럭..) 툴이라 볼 수 있겠으나, 임상적용은... 아직 쉽지 않을 것 같습니다.
마우스야 off target effect로 태어났으면.. 어 이상하네... 다시 만들어 보자!!! 고 할 수 있겠지만...
사람의 경우라면 아주 큰 윤리적 문제에 봉착할 수 있기 때문에, zygote 혹은 수정란을 통한 교정은 아주 많은 시일이 걸려야만 가능하지 않을까.. 아니 어쩌면 불가능하지 않을까 하는 생각을 해 봅니다. 물론, 이미 유전적으로 문제(?)가 생긴 사람은 문제가 생긴 그 부분만 교정하는 시도가 있을 수 있기에, 현재 CRISPR-Cas9 시스템의 임상 적용은 많은 과학자들이 예상하는 "수정란 교정"을 통한 유전병 치료라는 접근보다는, 오히려 성인이 된 사람에게 문제가 생긴 조직이나 장기 교정이 될 것 같습니다. 아울러, 그런 측면에서 본다면, 고정화된 장기인 간, 위, 브레인 등과 같은 solid organ보다 유동적이면서 cell lineage hierarchy 가 비교적 잘 세팅된 hematopoietic organ에 조금 더 적합하지 않을까 하는 생각을 해 봅니다.
뭐 물론, 될라고 하면, 뭐든 안 되겠습니까만은... 항상 사람에게 적용할 때는 신중에 신중을 기해야 합니다. 태어나면 무를 수가 없어요.
또 하나의 serendipity drug 의 발견이 아닐까 하는 생각을 하면서 글을 올립니다. 조금 더 전문적으로 소개하고자 글을 올립니다.
간략히 설명하면, 난소암에 걸린 환자 중 우연하게 고혈압이 있는 환자를 대상으로 조사를 했더니, 1세대 베타 블로커가 난소암 환자 생존에 아주 큰 영향을 주었다는 보고입니다. 여기서 이용한 1세대 베타 블로커는 NSSB(Non selective beta antagonists)인데요. 이게 난소암 환자들의 수명을 연장했다는 것이 요지입니다. 그리고 그 인과 관계를 마우스에서 일부 증명했구요,
실제로, 난소암은 암 중에서도 그 진행이 조용하면서 증상이 없기 때문에 발견 당시 대부분의 경우 치명적인, 즉 치사율이 상당히 높은 암입니다. 아무것도 하지 않은 그룹의 치사율이 38.2달이니깐, 대부분 암이 걸린 이후 3년이면 사망하는 상당히 무서운 암이죠.
내부자가 아니라서, 자세히는 모르지만, 대충의 발견 스토리는 아마도 이럴 것 같습니다.
1. 임상의로서 난소암 있는 환자들 생존율을 좀 높일 수 있는 방법이 없을까에 대한 고민 시작.
2. 어, 근데 생각보다 오래 사는 환자들이 있네. 이거 뭐지... 하면서 의구심이 들었을 것임. 사진에 나오는 Dr.Sood 박사의 고민 시작!!
3. 보통 이런 상황이면, 유전자 검사라든지 다른 유전적 요인을 조사하는 것이 일반적인데, 무언가 몇 번 해보고 꽝이었는지, 아니면 아예 시도조차 하지 않았는지는 모르겠지만, massive chart review 혹은 문진을 시작함.
4. 그러다 보니깐, 의외로 고혈압에 걸린 환자들의 생존율이 높은 것을 파악함.
5. 그리고 그 환자들 모두가 생존율이 높은 것이 아니라, 일부 싼 치료제인 1세대 베타 차단제를 이용한 그룹만 생존율이 높음. (4,5의 선후 관계는 어디까지나 추정일 뿐입니다. ㅎㅎㅎ)
6. 그리고 다시 Retrospective하게 차트를 리뷰함. (보통 여기서 한국 레지던트 쌤들이 고생 쫌 하겠죠. 아닌가요? 제 주변을 보니깐 그렇던데요. ^^ 그래도 정말이라면 대박!!이라면서 차트를 부여잡았을 모든 전공의 쌤들에게 박수를..)
7. 진짜 1세대 베타블로커가 생존에 효과가 있음을 발견함. 제가 보기에는 이 발견 자체가 기전 설명보다 우선인 것 같습니다. 의외로 이런 발견들 많습니다. 선 약, 후 설명. 혹은 선 phenotype 후 Mechanism.
8. 그 다음 부터는.. 뭔가 기전을 설명하기 위해서, 진짜 고생이 시작되지 않았을까 생각해 봅니다.
8-1. 뭐가 원인인지, 어떤 기전인지 알아 내기 위해서 마우스 난소암 모델을 만들고, 8-2. 그 모델에 여러가지 시도(라고 쓰고 삽질이라고 읽음)를 함. 8-3. 생각보다 걸리는 것이 없음. 다시금 고뇌함. 이 부분 정말 중요하죠. 실험 했는데 다 꽝이 되는 그 기분... 근데 무언가 있을 것 같은 그 느낌... 사람을 쥐어짜는 그런 기분... 아.. 안 겪고 싶다... ㅎㅎㅎ
8-4. 그러던 도중 밤에 우연히(?) 논문을 읽어보니, 스트레스와 난소암의 상관 관계가 있음을 알게되고, 베타 블로커가 스트레스도 한방(?)에 차단함을 알아챔. 8.5. 여러가지 beta-adrenergic (ADRB) receptor, blocking activation by norepinephrine and other hormones, cancer cell survival proteins, through another protein called PKA 같은 메커니즘을 완성하고, 베타 블로커가 난소암에 특이적인 메커니즘을 건드림을 증명함.
9. 충분히 증명도 되었고, 효과도 있으니, 아마도(?) 특허를 신청하지 않았을까 생각을 해보고(이 부분 역시 추정입니다. 찾아보면 되는데 귀찮아서 말이죠. ^^그냥 넘어가~)
10. 특허가 등록됨과 동시에 언론에 뿌림. 아직 논문에는 나오지 않은 것 같습니다만, 조만간 나오거나, 할텐데, 논문에 서브미션했다면 이렇게 언론에 뿌리지는 않죠. 엠바고 때문이라도.. 그러니 특허 신청을 했다고 생각하는 겁니다. ^^
여하튼, 이렇게 해서, 또 하나의 우연한 발견에 의한 약물, Serendipity drug (요거에 대해서는 쓸 이야기가 많은데, 리비전 실험이 있는 관계로 추후에 시간이 되면.. 썰을 좀 풀죠. 요청 댓글 많이 달리면 리비전 끝나고 달릴께요~ㅎㅎ) 이 발견되는 것 같네요.
물론, 아직까지 메커니즘 쪽으로는 증명해야할 것들이 많아 보이지만(개인적으로 스트레스 관련 메커니즘은 워낙 factors가 많아서, 아직 과학 기술로는 증명하기가 쉽지 않고, 그게 확실한 증명을 했다고 보지 않고 있습니다만..), 메커니즘과는 별개로, 약의 사용은 충분히 임상 근거가 있으면 사용할 수 있으니, 난소암 환자들에게는 아주 좋은 선택지가 생긴 것 같네요.
여담이지만, 개인적으로 스트레스 관련 메커니즘으로 설명하기 보다는, 혈관계열로 설명했으면 훨씬 더 좋았을 것 같다는 생각도 해 봅니다. infantile hemangioma의 치료에서도 propranolol - non-selective beta blocker가 serendipity drug로 발견되었거든요. 부인과 선생님, 그리고 혈관 기형 선생님들, 그리고 혈관 연구하시는 선생님들 달리세요~ 대박까지는 아니더라도 중박은 갈 수 있어요~^^
추가, 이 약은 약값이 무척이나 저렴합니다. 특허가 풀린지가 오래되어서, 제가 알기로는 한 알에 10원정도로 알고 있는데.. 약이 싸다 보니깐, 정말 여기 저기 많이 쓰고 있으니깐, 이렇게 소 뒷다리 잡는 격으로 다른 질병에서도 효과를 보이는 군요. 쿨럭.. 의외로 이런 약들 많습니다. 대머리 치료제인 finasteride, minoxidil도 그렇고 희대의 명약 비아그라 Sildenafil도 그렇구요. 의사 쌤들~ 이제 줬던 약도 다시 봐요.
원문입니다. ^^
그외에도 최신 논문들 중에서 살펴볼 만한 링크는,
The Clinical Relevance of Beta Blockers in Ovarian Carcinoma
