[Regenerative Medicine] 다능성 줄기세포를 이용한 세포 대체

Cell Replacement with Pluripotent Stem Cells

지난 글에서의 Stem Cell–Based Rejuvenation이 노화된 줄기세포의 기능을 회복하여 조직 자체의 재생 능력을 되살리는 전략이라면, Cell Replacement는 조금 다른 질문에서 출발한다.

이미 소실되었거나 회복하기 어려운 세포를 새로운 세포로 만들어 대신할 수 있는가?

노화된 조직에서는 줄기세포의 수와 기능이 감소하고 손상 후 재생 능력도 떨어진다. 2023년 López-Otín 교수팀은 이러한 줄기세포 고갈(stem cell exhaustion)을 노화의 12가지 특징 가운데 하나로 제시하였다. (López-Otín et al., 2023)

손실된 세포를 새로 만들어 넣는다는 생각

우리 몸의 조직은 모두 같은 속도로 재생되지 않는다. 피부나 장 상피처럼 지속적으로 세포가 교체되는 조직이 있는 반면, 특정 신경세포나 심근세포처럼 한번 소실되면 자연적인 회복이 매우 제한적인 세포도 있다.

이 경우 남아 있는 세포의 기능을 자극하는 것만으로 충분한 회복을 기대하기 어렵다. 필요한 세포를 줄기세포에서 만들어 분화시킨 뒤 조직에 이식하여, 소실된 세포의 기능을 대신하도록 하는 것이 cell replacement therapy의 기본 개념이다. (Takahashi, 2025; Kirkeby et al., 2025)

따라서 세포 대체는 노화된 세포를 젊게 되돌리는 과정이라기보다, 이미 잃어버린 세포와 기능을 새롭게 채워 조직을 재건하는 전략에 가깝다.

왜 ESC와 iPSC인가

세포 대체 치료를 위해서는 필요한 세포를 충분한 양으로 안정적으로 만들 수 있어야 한다. 성체줄기세포는 특정 조직의 유지와 재생에 중요한 역할을 하지만 증식 능력과 분화 범위에 제한이 있다.

이에 비해 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESCs)와 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPSCs)는 다양한 체세포 유형으로 분화할 수 있는 다능성을 가진다. 특히 iPSC는 이미 분화된 성체세포를 다시 다능성 상태로 되돌릴 수 있다는 점에서 재생의학의 가능성을 크게 확장하였다. (Takahashi, 2025)

실제 치료에서는 ESC나 iPSC 자체를 그대로 이식하지 않는다. 먼저 도파민 신경세포 전구세포, 망막색소상피세포, 심근세포, 췌도세포 등 목표 세포로 충분히 분화시킨 뒤 이식하는 방식이 중심이다. (Kirkeby et al., 2025; Thomas et al., 2026)

세포가 살아남는 것만으로는 충분하지 않다

새로운 세포를 이식했다고 해서 곧바로 조직이 회복되는 것은 아니다. 이식된 세포는 살아남아야 하고, 적절한 위치에 자리 잡아 주변 조직과 연결되어야 한다.

신경세포라면 적절한 신경회로와 연결되어야 하고, 심근세포라면 주변 심근과 전기적·기계적으로 조화를 이루어야 한다. 결국 진정한 의미의 세포 대체는 세포 생성 → 분화 → 이식 → 생착 → 조직 통합 → 기능 회복의 과정이다.

즉 중요한 것은 세포가 존재하는가가 아니라 실제로 소실된 세포의 기능을 대신할 수 있는가이다. (Takahashi, 2025)

가장 앞서 있는 분야는 어디인가

다능성 줄기세포 기반 치료는 이제 동물실험 단계에만 머물러 있지 않다. 2025년 임상시험 현황에서는 전 세계적으로 100건이 넘는 hPSC 기반 임상시험이 진행되었고, 1,200명 이상의 환자에게 hPSC 유래 세포가 투여된 것으로 보고되었다. (Kirkeby et al., 2025)

이 가운데 파킨슨병(Parkinson’s disease)은 cell replacement의 개념을 가장 직관적으로 보여주는 질환 중 하나다. 파킨슨병에서는 중뇌 흑질의 도파민성 신경세포가 점진적으로 소실된다.

따라서 ESC나 iPSC에서 중뇌 도파민성 신경세포 전구세포(midbrain dopaminergic progenitors)를 만들어 이식함으로써 손실된 도파민 신경세포를 다시 공급하려는 전략이 개발되고 있다. (Takahashi, 2025; Kirkeby et al., 2025)

파킨슨병만의 이야기는 아니다

같은 개념은 여러 장기로 확장되고 있다. 망막질환에서는 망막색소상피세포, 당뇨병에서는 췌도세포, 심장질환에서는 심근세포를 새롭게 공급하려는 연구가 진행되고 있다. (Kirkeby et al., 2025)

척수손상이나 신경퇴행성질환에서도 특정 신경세포나 신경 전구세포를 대체하려는 연구가 이어지고 있다. 공통된 목표는 자연적으로 충분히 재생되지 않는 세포를 외부에서 만들어 손실된 기능을 다시 채우는 것이다.

이러한 점에서 다능성 줄기세포는 하나의 치료제라기보다, 필요한 세포를 새롭게 생산할 수 있는 세포 공급 플랫폼(cell source platform)에 가깝다.

세포 대체는 곧 조직의 회춘인가

새로운 세포를 넣었다고 해서 노화된 조직 전체가 젊어지는 것은 아니다. 노화된 조직에는 세포 노화, 만성 염증, 미토콘드리아 기능 이상, 세포 간 신호 변화, 세포외기질 변화가 함께 존재한다. (López-Otín et al., 2023)

따라서 젊고 건강한 세포를 만들어 이식하더라도 조직 환경이 이미 심하게 노화되어 있다면 충분히 생착하거나 장기간 기능하기 어려울 수 있다.

결국 세포 대체 치료의 성공은 좋은 세포를 만들 수 있는가뿐 아니라, 그 세포가 살아갈 수 있는 환경을 함께 만들 수 있는가에 달려 있다.

자가 iPSC인가, 기성 세포인가

iPSC가 처음 등장했을 때 가장 큰 기대 가운데 하나는 환자 자신의 세포에서 iPSC를 만든 뒤 필요한 세포로 분화하여 다시 돌려주는 자가 세포 치료(autologous cell therapy)였다.

자가 세포는 면역거부 위험을 줄일 수 있지만 환자마다 세포를 새로 만들고 품질을 확인해야 하므로 시간과 비용이 많이 든다. 반대로 미리 구축한 iPSC나 ESC 세포주에서 치료용 세포를 대량 생산하는 동종 세포 치료(allogeneic cell therapy)는 제조와 표준화에 유리하다.

그러나 동종 세포 치료에서는 면역거부와 면역억제 문제가 남는다. 이에 따라 HLA형을 맞춘 iPSC bank나 면역반응을 줄인 세포를 개발하는 전략이 함께 연구되고 있다. (Kirkeby et al., 2025; Takahashi, 2025)

아직 해결해야 할 문제들

첫째는 종양 형성 위험이다. 충분히 분화되지 않은 다능성 줄기세포가 최종 제품에 남아 있으면 원치 않는 증식이 발생할 수 있어 세포의 순도와 분화 상태를 엄격하게 관리해야 한다.

둘째는 면역거부와 기능적 통합이다. 세포를 만드는 것과 그 세포가 실제 사람의 조직 안에서 수년간 원래 기능을 수행하는 것은 전혀 다른 문제다.

마지막으로 동일한 품질의 세포를 대량 생산하고 보관·운송할 수 있는 제조 시스템도 필요하다. 이러한 표준화는 PSC 치료제가 연구실을 넘어 실제 의료로 확장되기 위한 핵심 조건이다. (Kirkeby et al., 2025; Thomas et al., 2026)

인간에서는 어디까지 왔는가

ESC와 iPSC를 포함하는 hPSC 치료 전체로 보면 이미 1,200명 이상의 환자에게 세포가 투여되었고, 다양한 질환에서 초기 안전성과 효능 자료가 축적되고 있다. 즉 다능성 줄기세포 기반 치료는 더 이상 순수한 실험실 개념만은 아니다. (Kirkeby et al., 2025)

그러나 iPSC 치료만 따로 보면 임상 경험은 아직 제한적이다. 2026년 systematic scoping review에서도 발표된 연구는 대부분 소규모 초기 단계였으며, 장기 안전성과 지속적인 기능 회복을 판단하기에는 충분하지 않았다. (Thomas et al., 2026)

따라서 현재의 위치는 “가능한가?”를 묻던 전임상 연구에서 “사람에서도 안전하게 기능할 수 있는가?”를 검증하는 임상 전환 단계라고 보는 것이 적절하다.

노화과학의 관점에서 바라보면

Cell replacement는 현재 주로 파킨슨병, 망막질환, 당뇨병과 같은 특정 질환의 치료 전략으로 개발되고 있다. 따라서 이를 곧바로 노화 치료(anti-aging therapy)라고 부르는 것은 아직 적절하지 않다.

그러나 노화가 진행되면서 일부 조직에서는 재생을 담당하던 세포와 기능 세포의 수 자체가 감소한다. 이미 소실된 세포를 원래 상태로 되돌릴 수 없다면 새로운 세포를 공급하여 잃어버린 기능을 다시 채우는 것도 하나의 재생 전략이 될 수 있다. (López-Otín et al., 2023; Takahashi, 2025)

Stem Cell–Based Rejuvenation이 남아 있는 줄기세포의 재생 능력을 되살리는 접근이었다면, Cell Replacement는 이미 잃어버린 세포를 새롭게 채우는 접근이다.

Rejuvenation은 남아 있는 것을 되살리고,
Replacement는 잃어버린 것을 다시 채운다.

결국 재생의학의 질문은 “새로운 세포를 만들 수 있는가?”에서 “그 세포가 노화된 조직 안에서 제대로 살아갈 수 있는가?”로 이동한다.

그리고 새로운 세포를 직접 넣지 않고도 세포가 보내는 신호만으로 주변 조직의 재생을 유도할 수 있다면 또 다른 가능성이 열린다. 다음 글에서는 Extracellular Vesicles & Exosomes를 살펴본다.

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참고문헌

1. López-Otín C, Blasco MA, Partridge L, Serrano M, Kroemer G. Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell. 2023;186(2):243–278. doi: 10.1016/j.cell.2022.11.001
2. Kirkeby A, Main H, Carpenter M. Pluripotent stem-cell-derived therapies in clinical trial: A 2025 update. Cell Stem Cell. 2025;32(1):10–37. doi: 10.1016/j.stem.2024.12.005
3. Takahashi J. iPSC-based cell replacement therapy: from basic research to clinical application. Cytotherapy. 2025;27(7):835–842. doi: 10.1016/j.jcyt.2025.01.015
4. Thomas L, Rana S, Duong A, Kirkham AM, Shorr R, Maganti H, Seftel M, Allan DS. The emerging promise of induced pluripotent stem cells in clinical studies: a systematic scoping review of the literature and registered clinical trials. Cytotherapy. 2026;28(1):101985. doi: 10.1016/j.jcyt.2025.09.008