줄기세포는 신체 내에 있는 모든 조직을 만들어내는 기본적인 구성요소로 뼈, 뇌, 근육, 피부 등 모든 신체기관으로 전환할 수 있는 만능세포를 말한다.
줄기세포는 크게 수정란이나 체세포 복제 방식으로 만들어지는 `배아줄기세포'와 성숙한 조직과 기관 속에 들어있는 `성체줄기세포'로 나눌 수 있다.
황 교수팀의 경우는 난자에서 핵을 빼낸 뒤 난치병 환자에게서 채취한 체세포(난구세포)를 난자에 주입, 핵이식 난자를 만든 다음 전기자극을 통해 세포융합을 유도하는 과정을 거쳐 배반포(복제배아) 단계까지 발육시켰다고 논문에 보고하고 있다.
배아줄기 세포에 전기충격을 가하는 이유는 빈 난자에 2n 짜리 체세포의 유전자가 들어가서 난할을 시작하도록 유도하기 위해서다.
즉 정자가 들어와서 수정했다고 착각하게 만드는 이치다.
이때 난자는 치료용 줄기세포를 추출할 수 있는 `공 모양의 세포덩어리(내부세포덩어리)'와 태반으로 형성되는 `영양배엽세포'로 갈라지게 된다.
여기서 내부 세포 덩어리를 떼어내 배아줄기세포를 확립할 수 있는 배반포단계까지를 `치료용 복제'라고 하며, 배반포기 단계의 난자를 여성의 자궁에 이식시키면이는 `생식을 위한 인간개체 복제'가 된다.
보통 수정란 분열 초기의 만능 줄기세포는 수정란이 2개로 분열됐을 때 갈라져각각 신생아가 된 일란성 쌍생아처럼 세포 하나하나가 한 명의 태아가 될 수도 있어연구용으로 사용할 경우 엄청난 윤리논쟁을 일으킬 수 있다.
그럼에도 과학자들이 배아줄기세포 연구에 몰두하고 있는 것은 뇌질환에서 당뇨병, 심장병, 알츠하이머병, 파킨슨병 등 많은 난치병을 치료하는데 줄기세포를 이용할 수 있을 것으로 기대하고 있기 때문이다.
배아줄기세포를 만드는 방법은 앞서 언급한 체세포 복제 방식과 불임치료를 목적으로 체외수정을 통해 얻어진 배아를 이용하는 방법이 있다.
두 과정 모두 배아를 배반포(수정 후 4~5일)까지 발생시킨 후 그 안쪽에 위치한내부세포덩어리로부터 유도될 수 있다.
배아에서 일단 배반포까지 가면 여기서 내부세포덩어리만 분리해야 하는데 이때는 면역학적인 분리법과 기계적인 분리법이 있다.
면역학적인 방법은 세포의 표면을 인식할 수 있는 항체로 배반포를 처리한 후항체가 붙어있는 세포만을 선별적으로 사멸시킬 수 있는 보체를 다시 넣어주어 배반포로부터 안쪽의 내부 세포덩어리만 남겨 분리하는 방법이다.
기계적 방법은 미세수술이 가능한 주사바늘을 이용해 직접적으로 내부세포덩어리 이외의 부분을 떼어 내는 방법이 있다.
이후 분리된 내부세포덩어리는 분화는 억제되고 세포의 증식만 일어나도록 하는환경에서 배양이 시작되며, 이 때 사용되는 지지세포는 자체 증식이 되지 않으면서배아줄기세포의 분화억제 및 증식을 돕는 역할을 한다.
세포의 증식이 진행돼 적당한 크기와 밀도를 갖는 집합체가 형성이 되면 다시기계적인 방법으로 좀 더 작은 세포 집합체들로 분리를 한다. 이 작은 집합체들은다시 같은 조건의 새로운 배양접시로 옮겨 배양된다. 이처럼 세포를 떼어 낸 다음 1차, 2차, 3차 등의 식으로 배양하는데 이를 `계대배양'이라고 한다.
황 교수팀의 경우 5~6일마다 계대배양을 한 것으로 알려지고 있다.
계대배양은 배아의 질이 좋은 경우 1주일만에 2~3개로 나누는 1차 계대배양을한 뒤 2주후 또 이런 과정을 반복한다. 하지만 계대배양을 하는 시기는 내부세포덩어리의 질에 따라 다르지만 2주를 넘기지는 않는다.
이런 식의 계대배양을 계속 반복함으로써 많은 양의 배아줄기세포를 만들어내고유지시킬 수 있게 된다.
하지만 여기서 배아줄기세포가 완성된 것은 아니다. 계대배양이 계속되는 과정에서 죽지 않는 `세포주(Cell line)'를 만들어야만 하기 때문이다.
보통의 경우 일반 세포는 최대 50~60회의 분열을 거치는 과정에서 염색체 말단의 노화 때문에 죽지만 줄기세포는 염색체 말단을 자꾸 복구시켜 줌으로써 죽지 않는 세포주 형태로 배양된다.
이때 만들어진 배아줄기세포주는 인위적으로 분화를 억제했을 때, 또는 다시 분화할 수 있는 능력을 되살렸을 때 특정세포로 분화가 되는 특징을 가지고 있다.
여기까지 보통 4~6주의 시간이 걸린다.
이후에는 이렇게 만들어진 배아줄기세포가 발달 단계에서 특이적으로 나타나는항원에 염색을 했을 때 제대로 발현이 되는지, 46개의 염색체가 있는지, 테라토마가나타나는지 등을 통해 검증작업을 거쳐야 한다.
면역결핍증상을 유발한 쥐(스키드마우스)에 배아줄기세포를 주입하면 테라토마가 만들어져야 정상인데 이를 확인하기까지는 보통 12주 정도가 걸린다.
이 때문에 체세포 복제부터 배아줄기세포를 만드는데 까지는 대략 4~5달이 걸리는 것으로 전문가들은 보고 있다.
이 과정이 끝나면 배아줄기세포의 특성이 확인된 세포들을 동결보존 방법으로장기간 보관하는 과정을 거친다. 배아줄기세포는 미분화된 상태의 증식을 유지하기어렵기 때문에 세포덩어리의 형태를 유지한 상태에서 동결해야 하기 때문에 동결보호 용액이 고루 작용을 하도록 조건을 맞춘 후 액체질소로 급속 냉동한다.
