건국대 연구팀이 거세 후 동결 보존된 군견(軍犬)의 정소세포로부터 정소 조직을 재생하는 데 성공해, 앞으로 이를 응용해 항암치료로 인한 불임을 해소하는 새로운 길을 열었다.

건국대학교 동물생명과학대학 줄기세포재생생물학과(옛 동물생명공학과) 송혁 교수팀은 거세된 현역 군견인 벨기에산 말리누와(Belgian Malinois)의 정소조직으로부터 정원줄기세포를 확보했다.

이를 시험관에서 대량 배양 시켜 동결 보존하는 기술을 확립해 동결 보존된 정원줄기세포를 다시 면역결핍생쥐의 피부에 이식하여 정상적인 정소조직을 재생 시킬 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구는 우수 군견 유전자원의 안정적 보존뿐만 아니라 항암치료로 인한 환자의 정소 내 세포의 괴사로 인한 불임치료에도 큰 도움을 줄 것으로 보인다.

이번 연구 개발 기술을 이용해 항암치료 전 정소세포 일부를 적출해 체외에서 대량 배양 후 동결 보존 시킨 다음 암이 완치된 후 동결 보존된 정원세포를 환자의 정소에 다시 이식하면 정상적인 생식활동을 할 수 있어 항암치료로 인한 불임으로부터 자유로워질 수 있다.

이번 연구는 농촌진흥청 주관 ‘정부 특수견 증식사업’ 연구로 이뤄졌으며 연구 결과는 ‘동결된 개 정소세포를 활용한 정원줄기세포 확립과 이종간이식을 통한 개 정소조직 재생’ (Vitrified canine testicular cells allow the formation of spermatogonial stem cells and seminiferous tubules following their xenotransplantation into nude mice)이라는 제목으로 세계적인 과학저널 네이처의 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Report)’ 2월24일자 온라인판에 발표됐다.

우리 군의 주력 군견인 벨기에산 말리누와(Malinois)는 독일산 세퍼트에 비해 다루기 쉽고, 질병도 적으며 일사병에 강해 폭발물 탐지 또는 대간첩 수색 작전에 투입되고 있다.

일반적으로 군견은 배란주기에 따른 호르몬 변화에 민감하지 않은 수컷을 주로 사용하며, 성호르몬 분비와 번식활동에 의한 임무 수행 능력의 저하를 차단하기 위해 본격적인 군견 훈련 시작 전에 거세를 진행한다.

군견의 훈련기간은 1년 이상이 소요되고, 시험 통과율도 25% 미만에 불과해 군견 훈련을 통과할 수 있는 우수 유전형질을 가진 후보 군견이 필요하며, 이는 현역으로 활동하고 있는 군견의 후손이 가장 적절한 후보군으로 평가되고 있다.

하지만 성 성숙 전에 거세를 시행하여 자손을 생산할 수 없는 군견의 특성 상 우수 유전형질을 후대에 전달하는 것은 한계가 있다.

 

실제로 군견 훈련을 통과한 우수 군견을 복제했을 때 훈련 성공률이 85%로 증가해 우수 군견으로서의 자질은 유전 형질에 의해 결정된다는 것이 증명됐지만 동물복제기술을 활용해 복제군견을 생산하는 방법은 막대한 생산비로 인해 보다 저렴한 우수 군견 자원의 대량생산 기술이 필요한 실정이다.

송 교수팀은 성 성숙 전에 거세된 군견의 정소로부터 정원줄기세포를 확보하고 이를 영구적으로 보존할 수 있는 동결보존 기술을 개발했으며, 동결보존된 정원줄기세포를 시험관에서 대량 배양하는데 성공했다.

또 대량 배양된 정원줄기세포를 정자세포가 유지될 수 있는 세포외 기질물질(Extracellular matrix)과 혼합해 면역거부반응이 제한된 면역결핍생쥐의 피부에 이식해서 정상적인 군견의 정소조직을 재생해냈다.

면역결핍생쥐의 피부에서 재생된 군견 말리누와의 정소조직에 정자로 분화가 가능한 정원세포(spermatogonia)는 새로 재생된 세정관내에 안정적으로 분포하고 있어서, 향후 정원세포에서 정자까지의 체외분화 기술이 확립된다면 거세된 수컷의 정자를 안정적으로 공급할 수 있을 것으로 기대된다(현재까지 생쥐 이외의 동물에서 정자와 난자세포의 체외분화 기술은 확립되지 않고 있다).

이번 연구 결과는 우수 군견 유전자원의 안정적 보존 및 전파에 큰 기여를 할 수 있어 우리군의 전력증강에 도움을 줄 수 있을 뿐 아니라 이 기술을 인간에게 적용했을 때 사회적으로 크게 기여할 것으로 보인다.

우리나라를 포함해 전 세계적으로 암 환자는 꾸준히 증가 추세에 있으며, 화학적·방사선적 항암치료를 시행했을 때 남자 환자의 경우 정소 내 세포의 괴사로 인해 대부분 불임이 되는 것으로 알려져 있다.

이번에 개발된 기술을 이용해 항암치료 전 정소세포 일부를 적출해 체외에서 대량 배양 후 동결 보존 시킨 후 항암 치료가 끝나고 암이 완치된 후 동결 보존된 정원세포를 환자의 정소에 다시 이식 시켜준다면 정상적인 생식활동을 할 수 있어 항암치료로 인한 불임사고로 부터 자유로워질 수 있다.

또 향후 남성 불임으로 인한 출산율 저하로 인한 인구감소 등의 사회문제 해결에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

교수팀은 정원줄기세포를 이용한 희귀동물의 유전자원 보존, 불임 극복과 관련된 연구 뿐 아니라 정원줄기세포의 유전자 조작(적중/삽입) 또는 외래 유전자 삽입 등의 연구를 진행하고 있으며, 현재 정자 시스템을 이용한 형질전환 동물 생산에 관한 연구도 활발히 진행 중이다.

송 교수는 “생쥐 이외의 중·대동물에서 정원줄기세포를 성공적으로 확립해 영구보존할 수 있는 동결 시스템을 개발하고, 보존된 세포를 활용해 정소조직을 재생해 낸 것은 매우 중요한 연구 성과다”며 “보존 가치가 있는 웅성 유전자원을 정자가 아닌 정원줄기세포 단계에서 보존할 수 있어 매우 중요한 의미가 있다”고, 향후 체내·외 성세포 분화 기술 개발에 연구역량을 집중할 것이라고 말했다.