질병과 삶의 통합적 케어를 향한 도전

2023년 4월, ‘K-디지털 의료’를 선언하는 자리에서 김영태 서울대학교병원장은 “서울대학교어린이병원을 시작으로, 미래 K-디지털 의료를 완성하겠다”라고 말했다. ‘소아청소년과의 위기’라는 사회적 이슈와는 동떨어져 보이지만 서울대학교어린이병원(이하 어린이병원)의 설립 목적에는 완전히 부합하는 선언이었다. 최은화 어린이병원장 역시 “저희 어린이병원은 소아 진료 최후의 보루이자 마지막 깃발입니다. 어려워도 누군가는 할 수 있다고 해야죠. 그게 바로 저희의 역할 아닐까요?”라고 강조한다. 실제로 어린이병원은 1985년 10월 국내 최초 어린이 건강 전문 의료기관으로 출발한 이래 단 한 순간도 사명을 잊지 않았다. 오히려 최초의 어린이병원학교 개교, 어린이병원 최초 희귀질환센터 개소, 국내 최초 가족중심 케어서비스 감성센터, 국내 최초 어린이병원 통합케어센터 개소 등 수많은 최초의 기록을 세우며 질병과 삶의 통합적 케어를 실현하기 위해 헌신해왔다. 김영태 서울대학교병원장은 물론 최은화 어린이병원장을 비롯한 의료진이 “그래도 누군가는 해야 한다”라고 힘주어 말할 수 있는 이유다. 어려운 상황 속에서도 흔들림 없이 이어가고 있는 어린이병원 의료진의 진료 및 연구 사례를 통해 소아 의료의 밝은 미래를 기대해 본다.

글로벌 선천 심장병 진료와 연구를 선도하는 곳
소아청소년 심장센터

글. 김기범 소아청소년과 교수

서울대학교어린이병원 소아청소년 심장센터(Heart Disease Center for Children and Adolescent)는 1950년대 말 이래로 국내 소아 심장 질환 특히 선천 심장병을 가진 환자들의 치료에 앞장서 왔습니다. 동시에 후천 심장병, 부정맥을 앓고 있는 어린이들의 진료와 치료는 물론, 환아들이 성인이 된 후에도 성인 선천 심장병 클리닉을 통해 더 나은 진료를 받을 수 있도록 노력해왔습니다.
소아흉부외과 의료진의 경우, 매년 500례 정도의 심장 수술을 시행하며 국내 선천 심장병 수술을 주도하고 있으며 사망률은 평균 1.4%에 불과합니다. 풍부한 경험과 탁월한 전문성에 기반해, 세계적으로도 가장 높은 수술 성공률을 기록 중이지요. 특히, 저체중 미숙아를 포함한 신생아와 영아에서의 개심 수술을 위한 심폐기계의 충전액 최소화 수술법, 신생아에서 수혈 없이 개심수술을 하는 방법 마련 및 순환정지 없이 국소 관류를 이용한 대동맥궁 수술법 개발 등의 수술 기법의 선진화를 통하여 수술 성공률을 높이고 합병증 발생률은 최소화해왔습니다. 이는 풍부한 임상 지식과 기술을 갖춘 소아청소년과 소아심장분과, 소아흉부외과, 영상의학과, 소아마취과 및 산과를 포함한 태아센터의 유기적 협진에 힘입은 성과입니다. 많은 종류의 선천 심장병과 부정맥 질환 등을 비수술적 시술로 치료하고 있다는 점도 강조하고 싶습니다.
특히 2016년부터는 우심실유출로의 이상을 동반한 선천 심장병 환자들을 대상으로 혈관을 통한 경피적인 방법으로 판막 치환술을 시행하고 있습니다. 서울대학교어린이병원 소아심장센터와 태웅메디칼이 공동 개발한 Pulsta 판막 덕분입니다. Pulsta 판막은 국내 허가만을 가지고 15개국 42개 센터에서 활발하게 사용하고 있습니다. 향후 CE 인증을 획득한다면 유럽을 비롯한 전세계 환자들에게 도움이 될 것입니다.
2009년 이후에는 저개발국가 선천 심장병 환자들의 치료를 위해 해외 의료진의 국내 연수 및 현장 지도 학습도 진행해왔습니다. 이들 국가의 선천 심장병 환자들은 간단한 치료조차 받지 못해 일찍 사망하거나 치료 시기를 놓쳐 삶의 질이 매우 안 좋기 때문입니다. 이에 저희는 아프리카의 에티오피아와 코트디부아르, 중앙아시아의 우즈베키스탄과 키르키즈스탄, 이라크 및 동아시아의 네팔, 몽골, 미얀마, 라오스 등의 다양한 국가에서 선천 심장병 수술 및 시술을 진행할 수 있도록 힘을 보태 왔습니다. 특히 우즈베키스탄의 경우, 저희 센터에서 교육을 받은 의료진을 통해 중앙아시아의 또 다른 선천 심장병 치료의 허브로 도약하고 있어 큰 보람을 느낍니다.
저희 센터에서는 선천 심장병을 포함한 심장 질환의 발병 기전과 치료 방법의 발전을 위해 폭넓은 연구활동을 펼치고 있으며, 매년 10여편 이상의 SCI논문을 발표해 관련 분야 학문 발전을 선도하고 있습니다. 그 결과 서울대학교어린이병원의 선천 심장병 진료 및 연구는 세계적인 수준으로 인정받게 되었습니다. 국내외 의과대학 학생 및 의사들이 선진 술기를 익히기 위해 앞다투어 저희 센터를 찾는 것이 대표적인 예입니다.
앞으로도 저희 서울대학교어린이병원 심장센터는 외부 상황에 흔들림 없이 선천 심장병을 비롯한 소아 심장 질환 분야를 이끌며 더 많은 아이들에게 건강한 미래를 선사할 것입니다.

2017년 7월 에티오피아 현장 지도 교육 시 협진 모습

유전체 의학에 기반한
어린이병원 진료의 미래

글. 고정민 소아청소년과 교수

인간의 유전 정보를 바탕으로 질병의 예방, 진단, 치료를 수행하는 의학의 한 분야인 유전체 의학은 의료 분야에 혁신적인 변화를 일으키고 있습니다. 현대 의학의 발전은 유전체학의 발달과 함께 가속화되고 있다고 해도 과언이 아닐 정도입니다. 어린이병원은 특히 유전체 의학의 도입으로 소아 환자들에게 새로운 희망을 줄 수 있게 되었습니다.
유전체는 인간의 모든 유전 정보를 담고 있는 DNA 전체를 이르는 용어인 만큼, 유전체를 분석하면 개인이 가진 고유의 DNA 서열을 확인해 특정 질병과 관련된 유전자 이상을 식별할 수 있기 때문입니다. 첫째, 질병의 예방 및 조기 진단 유전체 분석을 통해 아이들의 유전적 취약성을 미리 파악할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 유전자의 돌연변이가 있는 경우 특정 암, 심장질환, 대사질환 등의 발병 위험이 높아지는 것으로 밝혀졌다면 발병 전에 예방 조치를 취하는 것이 가능합니다. 질병을 완전히 예방하지 못하는 경우라도 비가역적 합병증이 발생하기 전에 조기 진단을 통해 해당 질환 치료의 성공률을 높일 수 있습니다. 이는 아이들의 삶의 질 개선으로 이어집니다. 둘째, 환자의 유전적 특성을 고려해 개인에 따른 최적의 맞춤 치료법을 제공하게 됩니다. 이는 희귀질환 및 만성질환을 앓고 있는 소아 환자들에게 특히 유용합니다. 예를 들어 특정 약물에 더 잘 반응할 수 있는 특정 유전적 변이를 가진 환자는 약물의 효과를 극대화하면서도 부작용을 최소화할 수 있는 치료제 및 치료 용량을 찾을 수 있기 때문입니다.
어린이병원에서는 이미 진단과 치료에 유전체 의학을 활용하고 있으며, 다양한 사례를 통해 유전체 기반 의료의 효용성이 입증되었습니다. 예를 들어 일부 유전 질환은 출생 전 혹은 출생 직후의 유전학적 선별 검사를 통해 무증상 시기부터 질환을 치료 및 관리할 수 있게 되었습니다. 또, 부모 모두가 특정 상염색체 열성 질환의 보인자로 판명된 경우, 임신 중 산전 검사 혹은 착상 전 배아 검사를 통해 아기가 질환을 가질 가능성을 미리 파악하고 대처할 수 있습니다. 나아가 유전체 분석을 통해 소아 암의 치료 전략을 세우는 것도 가능합니다. 특정 유전적 변이가 있는 소아 환자는 해당 변이를 표적으로 하는 맞춤형 항암 치료를 받을 수 있기 때문입니다. 유전 상담 서비스 역시 소아 환자 및 가족에게 중요한 역할을 합니다. 유전 질환을 가진 아이의 부모는 전문가에 의한 적절한 유전 상담을 통해 질환에 대한 정확한 정보를 얻고, 향후 가족 계획에 대한 조언을 받을 수 있습니다.
유전체 의학의 발전은 멀지 않은 미래에 어린이병원의 진료 방식을 근본적으로 변화시킬 것으로 예상됩니다. 더 많은 유전체 데이터가 축적되고 이를 활용한 정밀의학이 보편화된다면 대규모 유전체 데이터를 분석하여 특정 질병의 발생 메커니즘을 더욱 깊이 이해하고 이를 바탕으로 새로운 치료법을 개발할 수도 있을 것입니다. 다만 유전체 의학의 발전에는 윤리적 문제와 개인정보 보호에 대한 고려가 필수적으로 동반되어야 합니다. 유전체 정보는 개인의 매우 민감한 정보인 만큼, 이를 안전하게 보호하는 시스템의 구축이 동시에 필요합니다.
분명한 사실은 유전체 의학은 어린이병원의 진료에 혁신적인 변화를 가져오고 있으며, 점차 그 중요성은 커지리라는 점입니다. 저희 서울대학교어린이병원은 유전체 의학을 보다 적극적으로 도입해 소아 환자들에게 더 나은 진료를 제공하고 더 많은 어린이들의 잠재력과 가능성을 높여갈 수 있도록 최선을 다하겠습니다.

희귀질환 연구 및 치료를 위한
오가노이드 연구

글. 임병찬 소아청소년과 교수

줄기세포를 이용해 특정 세포, 조직, 기관을 안정적으로 만들어낼 수 있다면 질환의 기전 연구부터 치료제 개발 연구까지 폭넓은 분야에 응용하는 것이 가능해집니다. 단순 세포배양 시스템을 이용한 연구나 실제 인체환경과 근본적인 차이점이 존재하는 동물연구의 단점을 보완할 수 있기 때문입니다. 더구나 유전자/세포 치료기술 및 신약 개발 기술 또한 비약적으로 발전하고 있는 만큼, 추후 의학연구에서 줄기세포를 이용한 오가노이드 기술이 활용되는 범위가 더욱 넓어질 것으로 예상됩니다.
오가노이드(Organoid)는 ‘장기’를 의미하는 organ과 ‘유사하다’라는 뜻의 –oid를 합성해 만든 단어로, 특정 장기를 구성하는 여러 세포를 3차원 형태로 만들어 배양하게 됩니다. 오가노이드 배양을 위해서는 모든 장기로 분화 가능한 성질이 있는 유도만능줄기세포가 많이 이용되고 있습니다. 배아줄기세포 및 유도만능줄기세포에 비해 분화 기능은 다소 떨어지지만 배아가 아닌 출생 후 조직 및 기관(성체)에서 분리할 수 있는 성체줄기세포를 이용하기도 합니다.
성체줄기세포를 이용하여 배양하는 대표적인 사례는 장 오가노이드입니다. 성체줄기세포의 배양 방식을 이용해 환자의 종양에서 분리한 종양세포를 이용하여 3차원 배양을 하는 종양 오가노이드(Tumoroid) 연구도 활발하게 진행되고 있습니다. 오가노이드는 발병기전을 규명하고 치료제 개발까지 이어지는 다양한 의학 연구에 활용될 수 있기에 현재 활발하게 연구가 진행 중입니다.
어린이병원 이건희 소아암희귀질환사업단의 희귀질환 극복사업에서는 지난 3년간 유도만능줄기세포 및 장기별 오가노이드 바이오뱅킹을 지원하는 과제를 수행하였습니다(소아희귀질환 코호트 및 임상연구 지원을 위한 바이오뱅크 플랫폼, 책임연구자 임병찬). 이 과제를 통해 오가노이드를 이용한 최신 연구동향 및 실험실에서의 기초 세포배양법을 교육하였습니다. 다양한 희귀질환 환자의 체세포로부터 10례가 넘는 유도만능줄기세포를 확립하였고, 성체줄기세포를 이용하여 장오가노이드 배양에 성공하였습니다. 유도만능줄기세포 및 장오가노이드는 서울대학교병원 의학연구센터 저장소에 저장되어 있고, 추후 저장된 줄기세포와 오가노이드를 이용한 연구를 계획하고 있는 연구자에게 분양할 수 있도록 기관윤리위원회의 심의 절차도 마련하였습니다. 실제 환자 치료에 적용할 수 있는 가시적인 연구성과의 달성까지는 아직 시간이 더 필요하지만 연구 활성화를 위한 첫걸음을 내디딘 부분은 긍정적으로 평가할 수 있습니다.
오가노이드로 대표되는 줄기세포 기술은 의학연구의 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 분야로 주목을 받고 있습니다. 실제 임상적용을 위해서는 해결해야 할 기술적·윤리적 문제가 많지만, 생명발달의 핵심 시기에 발생하는 소아기의 질환을 진료하고 연구하는 의사들에게 꼭 필요합니다. 이에 어린이병원에서는 이 분야 연구 활성화를 위해 지원을 확대할 예정입니다.

오가노이드 기술을 응용할 수 있는 다양한 연구분야

최적의 치료와 삶의 질
향상을 위한 생체재료 연구

글. 권성근 소아이비인후과 교수

생체재료는 쉽게 말해 인체에 삽입하는 의료장치, 손상된 장기나 조직을 대신하기 위한 인공장기에 사용하는 재료를 뜻합니다. 현재 우리 랩에서는 중간엽 줄기세포 스페로이드(3차원으로 배양된 세포집합체) 연구와 임상 적용에 집중하고 있습니다. 중간엽 줄기세포는 항염증, 신생혈관 자극 등 조직재생에 다양한 효과가 있어 임상시험이 활발히 진행되고 있지만, 아직 기능이 제한적이라 진료 현장에 적용하기는 어렵습니다. 중간엽 줄기세포의 기능을 향상시키기 위해서 줄기세포 스페로이드를 제작하여 연구를 진행하고 있는데 평면 형태로 배양할 때에 비해 유전자 발현이 수십에서 수백 배 증가하는 것을 입증했습니다. 스페로이드 제작에 있어서 핵심 기술은 마이크로미터 단위의 스페로이드 직경을 정확히 제어하는 것으로, 우리 랩에서는 이를 정확히 조절할 수 있는 기술을 개발해 특허를 냈습니다.
중간엽 줄기세포 스페로이드가 방사선 조사 이후 발생하는 침샘 기능 저하, 항암치료 중 발생하는 구강점막염, 성문 폐쇄부전, 기관 협착 등 여러 질환 모델에서 효과가 높다는 것도 입증했습니다. 현재 동물 모델에서 효과를 입증했으며 인체에 적용하기 위한 비임상 안전성 평가를 진행 중입니다. 스페로이드 대량 생산을 위한 마이크로 플레이트를 개발해, 플레이트 1개당 약 3,300개의 스페로이드를 생산할 수 있게 된 것도 성과로 꼽을 수 있습니다.
우리 랩에서 줄기세포와 여러 생체재료를 활용한 연구에 매진하는 중요한 목표 중 하나는 아이들의 숨길을 열어주기 위해서입니다. 목에는 음식이 지나는 식도 바로 앞으로 공기의 통로인 기도가 위치하는데, 선천적인 이유나 후천적인 이유로 기도가 막히거나 좁아져 협착이 생기면 아이들은 특히 큰 어려움을 겪게 됩니다. 문제는 이런 질환을 진단하고 치료할 수 있는 병원이 드물고 내시경 등으로 아이들의 기도 상태를 평가하기도 쉽지 않다는 점입니다. 그래서 소아 기도 환자의 60~70%가 우리 어린이병원을 찾고 있습니다. 중간엽 줄기세포 스페로이드는 이런 아이들에게 도움을 줄 것으로 기대됩니다. 실제로 난치성 기관 협착 환자의 기도를 재건할 때 스페로이드를 활용하면 기도 형태가 잘 유지되고 기도 점막도 빠르게 재생된다는 것을 확인한 덕분입니다.
이전에도 수술적 치료가 힘든 기관 협착 환자들에 인공 기관 지지체를 이식해 주는 실험이 활발히 진행되어 왔지만 아직까지 임상에 성공한 사례는 없습니다. 이식한 인공 지지체가 다시 협착되는 현상이 나타나기 때문입니다. 반면 우리가 3차원 프린팅을 이용하고 항염증 약물이 서서히 방출되도록 고안한 기관지지체는 재협착이 기존 대비 적게 발생했습니다. 덕분에 해당 논문은 영국왕립화학회가 발행하는 나노분야 저널 『Nanoscale』의 표지 논문으로 선정된 바 있습니다.
또 침샘 줄기세포와 중간엽 줄기세포를 동시 이용한 스페로이드에서 침샘 관련 인자들이 발현된다는 사실을 확인했고 성대 근육 위축을 회복하기 위해 성장인자를 탑재한 성대주입물도 개발했습니다. 구강 염증과 궤양 치료를 위한 생체재료 개발에도 성공했습니다. 구강은 말하거나 음식을 씹는 과정 중에 지속적으로 움직이고, 윤활 작용을 하는 타액(침)이 나오는 공간이기 때문에, 구강 점막에 병변이 생겼을 때 해당 병변을 치료하기 위해 구강 점막에 잘 접착할 수 있는 생체재료 개발이 필수적인데, 기존 생체재료보다 구강에 훨씬 더 잘 접착될 수 있는 생체재료를 개발했습니다. 그 결과, 해당 재료를 활용해 약물을 전달했을 때 구강 궤양의 부위가 더 빨리, 잘 재생하는 것을 확인했습니다.
이식에 따른 면역 반응이나 시간이 지나면서 기능이 퇴화하는 등 생체재료는 여전히 한계를 안고 있습니다. 하지만 우리 팀 사례에서 볼 수 있듯 스페로이드를 활용한 줄기세포 기능강화 방법, 3차원 프린팅 방법에 줄기세포를 프린팅하는 바이오 프린팅 방법, 새로운 생체재료 소재기술 등을 접목한다면 점차 한계를 극복하게 될 것으로 기대됩니다. 앞으로도 우리 팀을 비롯한 어린이병원에서는 다방면의 연구를 통해 어린이들을 위한 미래학의 길을 열어갈 것입니다.

1개당 약 3,300개의 스페로이드를 생산할 수 있는 마이크로 플레이트