암 치료 후 안전한 생식능 회복: 동결 난소 조직을 활용한 새로운 접근법

목차

• 서론: 난소 조직 동결의 가능성과 과제
• 연구 방법
• 5가지 실험적 안전 전략
• 난모세포의 체외 성숙
• 인공 난소 구축
• 암세포 제거를 위한 제균화 전략
• 이종 이식을 통한 난모세포 성숙
• 줄기세포 기반 난자 형성
• 암 환자에게 주는 의미
• 현재의 한계와 과제
• 환자와 의사를 위한 권고사항
• 출처 정보

서론: 난소 조직 동결의 가능성과 과제

난소 조직 동결보존은 특히 사춘기 전 소녀나 즉시 암 치료를 시작해야 하는 환자에게 유용한 생식능 보존 기술로 자리 잡았습니다. 이 방법은 화학요법이나 방사선 치료 전에 난소 조직을 채취하여 동결하는 과정을 포함합니다. 전 세계적으로 동결-해동된 난소 조직을 재이식한 후 200건 이상의 건강한 출생이 보고될 정도로 그 성공성이 입증되었습니다.

주요 연구 결과는 고무적입니다. 유럽 5개 센터의 체계적 보고에 따르면, 이식 후 최소 한 명의 생존아를 출산할 확률은 26%였습니다. 다른 다기관 연구에서는 난소 조직 이식 후 분만 성공률이 41.6%로 더 높게 나타났습니다. 이러한 성과로 미국생식의학회(ASRM)와 유럽인간생식·발생학회(ESHRE)는 이 기술을 실험적 단계를 넘어 혁신적이고 표준적인 치료법으로 분류하게 되었습니다.

그러나 중요한 안전성 문제가 남아 있습니다. 일반적으로 암 치료 전이나 완치 후 보관되는 동결 난소 조직에는 미세한 암세포가 포함될 수 있습니다. 해동 및 이식 후 이러한 세포가 종양으로 발전하여 암이 재발할 위험이 있습니다. 대부분의 고형종양에서 이 위험은 상대적으로 낮지만, 백혈병 같은 혈액암 환자의 경우 난소 조직에 최대 50% 확률로 악성세포가 존재할 수 있습니다.

암 재발 가능성이 아무리 작아도 우려되는 만큼, 이를 방지하기 위한 혁신적 기술 개발이 촉진되고 있습니다. 본 체계적 문헌고찰은 암 환자에게 더 안전한 생식능 회복 옵션을 제공할 수 있는 5가지 실험적 전략을 검토합니다.

연구 방법

본 연구는 체계적 문헌고찰 및 메타분석 보고 지침(PRISMA)에 따라 엄격한 과학적 기준을 준수했습니다. 연구 프로토콜은 시작 전 국제 체계적 문헌고찰 등록부(PROSPERO, ID CRD42020197284)에 등록되었습니다.

연구팀은 2021년 7월 8일 MEDLINE(PubMed), EMBASE, Cochrane Library 등 3대 의학 데이터베이스를 포괄적으로 검색했습니다. 네이메헨 라드바우드 대학 도서관 정보 전문가와 협력하여 난소 조직 동결 및 생식능 보존 관련 MeSH 용어와 자유 텍스트 단어를 조합한 상세 검색 전략을 수립했습니다.

연구 포함 기준은 엄격하게 설정되었습니다. 동결보존된 난소 조직을 이용해 암 환자의 안전한 생식능 회복을 목표로 한 원저 연구만 선정했으며, 인간 난소 조직 실험을 포함하고 2000년 1월 1일부터 2021년 7월 8일 사이 영어로 출판된 연구를 대상으로 했습니다. 2000년을 시작점으로 삼은 이유는 해당 연도 인간에서 동결-해동 난소 조직의 첫 이식 사례가 보고되었기 때문입니다.

두 명의 저자가 Rayyan QCRI 웹 애플리케이션으로 모든 연구를 독립적으로 검토했습니다. 제목, 초록, 키워드를 기반으로 관련성을 1차 선별한 후, 전체 논문을 평가해 적합성을 확인했습니다. 의견 차이는 논의나 제3의 검토자 참여로 해결했으며, 선정된 논문의 참고문헌도 추가 검색에 활용했습니다.

데이터베이스 검색으로 확인된 12,722건과 참고문헌에서 추가된 18건의 연구에서 중복을 제거한 후, 제목과 초록 기준으로 8,914건을 1차 선별했습니다. 이 중 166건의 전체 논문을 평가해 최종 31건의 연구가 질적 종합에 포함되었습니다. 이 연구들은 2004년부터 2021년까지 진행되었으며, 5가지 안전 전략별로 분류되었습니다.

5가지 실험적 안전 전략

본 고찰은 동결보존된 난소 조직을 안전하게 활용해 암 치료 후 생식능을 회복하기 위해 개발 중인 5가지 실험적 접근법을 확인했습니다. 각 전략은 환자의 난소 조직을 사용하되, 생식능 회복 과정에서 악성세포 재도입 위험을 제거하는 것을 목표로 합니다.

5가지 전략은 다음과 같습니다:

• 난모세포의 체외 성숙(IVM): 실험실에서 난소 조직으로부터 난자를 분리해 성숙시킨 후 체외수정(IVF)을 수행해 조직 재이식 없이 배아 이식 가능
• 인공 난소 구축: 암세포를 제거한 전방난포를 재주입할 생물학적 지지체 생성
• 제균화 전략: 난소 피질 조직에서 악성세포를 제거하는 기술
• 이종 이식: 면역결핍 동물에 난소 조직을 이식해 난모세포 성숙 유도
• 줄기세포 기반 난자 형성: 줄기세포로 새로운 난자를 생성해 생식능 회복

이 모든 전략은 아직 실험 단계이며 임상시험까지 도달하지 못했습니다. 안전성, 효과성, 잠재적 위험을 입증하려면 상당한 추가 연구가 필요합니다. 특히 이종 이식과 줄기세포 접근법은 윤리적 측면에서 임상 적용 전 철저한 논의가 요구됩니다.

실험적 단계임에도 이러한 혁신적 접근법은 궁극적으로 난소 전이 위험이 높은 암 환자에게 안전한 생식능 회복 옵션을 제공할 잠재력을 가집니다. 다음 섹션에서는 각 전략의 연구 현황, 기술적 과제, 임상 적용 가능성을 상세히 검토합니다.

난모세포의 체외 성숙

체외 성숙(IVM)은 난소 조직에서 미성숙 난자를 채취해 실험실에서 성숙시키는 과정입니다. 성숙한 난모세포는 체외수정(IVF)으로 수정된 후 배아로 이식되어, 오염 가능성이 있는 난소 조직 재이식 없이도 임신이 가능합니다. 조직 이식이 없어 암 재발 위험을 완전히 피할 수 있습니다.

연구자들은 세 가지 방법으로 채취한 난모세포를 이용한 IVM 기술을 개발해 왔습니다. 본 고찰은 암 환자의 동결보존 난소 조직에 적용 가능한, 난소절제술로 채취된 조직에서 난모세포를 얻는 IVM에 집중합니다.

분리된 난포나 난소 조직 조각으로부터 난모세포를 성숙시키기 위해 여러 정교한 배양 시스템이 개발되었습니다. 이 시스템들은 난포 분리와 체외 성장을 포함한 여러 단계를 거쳐 최종 난모세포 성숙을 유도합니다. 발달 단계별로 다른 성숙 기술이 필요해 복잡한 다단계 접근법이 요구됩니다.

Telfer 연구팀은 2008년 2단계 배양 시스템을 개발했습니다. 이 연구는 분쇄된 신선 피질 조직에서 단층 난포를 활성화할 수 있음을 보여주었습니다. 두 번째 단계에서 이차 난포를 분리한 후, 액티빈 A(난포 발달 촉진 단백질)를 포함한 배양으로 추가 성장을 유도해 IVM 기술의 중요한 진전을 이루었습니다.

2018년 McLaughlin 연구팀은 더 복잡한 다단계 배양 시스템을 개발했습니다. 신선 난소 피질 조직을 분쇄한 후 원시 및 1차 난포를 이차 난포로 성장시켰고, 이를 분리해 액티빈 A와 난포자극호르몬(FSH)으로 배양했습니다. 최종 단계에서 중기 II(MII) 난모세포(수정 가능한 성숙 난자)를 포함하는 난구-난모세포 복합체를 생산했습니다.

그러나 체외 성숙 난모세포는 자연 성숙 난자에 비해 일부 이상을 보였습니다. 난모세포 대 극체 크기 비율이 4:1에서 3:1로 비정형적으로 큰 극체를 생성했으며, 난구 확장 정도도 체내 성숙 난모세포보다 미흡했습니다.

대안적 접근법으로 3차원 알지네이트 매트릭스에서 분리된 전방난포를 배양하는 방법이 있습니다. 이 매트릭스는 난포 구조 유지에 물리적 지지를 제공해 더 나은 난포 성장과 MII 단계 난모세포 성숙을 이끌었습니다. 이 방법을 사용한 연구에서는 17β-에스트라디올 생산 증가로 성숙 과정 중 난포 기능이 개선됨을 확인했습니다.

인공 난소 구축

인공 난소 접근법은 난소 조직 내 잠재적 암세포를 제거하면서 난포 생존과 발달을 지원할 생물학적 지지체를 만드는 것을 포함합니다. 이 전략은 암 재발 위험 없이 환자에게 이식할 수 있는 안전한 난포 발달 환경을 제공하는 것을 목표로 합니다.

연구자들은 인공 난소용 최적 지지체를 만들기 위해 다양한 천연 및 합성 물질을 실험했습니다. 피브린(혈액 응고 단백질), 아가로스(해조류 유래 물질), Matrigel(겔 단백질 혼합물), 피브리노겔/트롬빈 조합 등이 사용되었으며, 각각 난포 생존과 성장 지원에 다른 장점을 가집니다.

연구에 따르면 지지체 물질의 기계적 특성이 난포 생존과 발달에 큰 영향을 미칩니다. 이상적인 매트릭스는 영양분 교환과 난포 성장을 허용하면서 충분한 물리적 지지를 제공해야 합니다. 특히 피브린 매트릭스가 초미세 구조와 강성 측면에서 인간 난소 피질 조직과 가장 유사해 유망한 결과를 보였습니다.

완전히 인공적인 기질 외에도, 과학자들은 탈세포화된 인간 난소 피질 사용 가능성을 탐구하고 있습니다. 이 과정은 기증된 난소 조직에서 모든 세포 물질을 제거해 세포외 기질 구조만 남기는 것으로, 이후 환자 자신의 난포를 재주입해 사용할 수 있습니다.

인공 난소 접근법은 여러 장점을 제공합니다. 이식 전 지지체에서 암 세포 선별검사로 완전한 안전성을 확보할 수 있으며, 기존 이식법보다 난포 발달 환경을 최적화해 성공률을 높일 잠재력이 있습니다. 그러나 완전한 난포 발달과 정상 호르몬 기능을 지원하는 기능적 인공 난소를 만들기에는 여전히 기술적 과제가 남아 있습니다.

현재 연구는 최적의 지지체 재료 규명, 효과적인 재주입 기술 개발, 이식된 난포의 장기 생존과 기능 보장에 집중되고 있습니다. 비록 유망하지만, 인공 난소 접근법은 아직 초기 실험 단계이며 임상 적용 전 광범위한 추가 연구가 필요합니다.

암세포 제거를 위한 제균화 전략

제균화 전략은 건강한 난포의 생존력을 유지하면서 이식 전 난소 조직에서 악성 세포를 제거하는 것을 목표로 합니다. 이 접근법은 환자가 자신의 동결 보존 조직을 안전하게 사용할 수 있게 하여 자연스러운 난소 환경에서 최적의 난포 발달을 지원합니다.

난소 조직에서 암 세포를 제거하기 위해 물리적 분리법, 화학적 처리, 면역학적 접근법, 광역학 치료 등 여러 기법이 연구되고 있습니다. 각 방법은 난포를 보존하면서 암 세포를 선택적으로 표적해 제거하는 것을 목표로 합니다.

물리적 분리 기법은 암 세포와 난포의 크기, 밀도 등 물리적 특성 차이를 이용합니다. 예를 들어 밀도 구배 원심분리로 작은 암 세포를 큰 난포 구조물로부터 분리할 수 있지만, 특히 크기가 유사한 경우 모든 암 세포를 제거하지 못할 수 있습니다.

화학적 제균 접근법은 항암제로 난소 조직을 처리해 악성 세포를 선택적으로 사멸시키는 방법입니다. 민감한 난포를 손상시키지 않으면서 효과적으로 암 세포를 제거할 약물과 농도, 노출 시간을 찾는 것이 핵심 과제입니다.

면역학적 방법은 암 세포 표지자를 특이적으로 표적하는 항체를 사용합니다. 이러한 항체는 독소와 결합하거나 면역계에 의한 파괴를 유도할 수 있으나, 난포 세포에는 없는 신뢰할 수 있는 암 특이 표지자 규명이 필요합니다.

광역학 치료는 암 세포에 선택적으로 흡수되는 광감작제를 사용합니다. 특정 파장의 빛으로 활성화시켜 독성 산소 종을 생성해 암 세포를 사멸시키지만, 조직 깊숙이 있는 암 세포에는 효과가 제한될 수 있습니다.

모든 제균화 전략의 주요 과제는 난포 생존력과 기능을 유지하면서 암 세포를 완전히 제거하는 것입니다. 단 몇 개의 잔류 암 세포도 재발을 초래할 수 있어, 이식 전 완전한 제거를 확인할 민감한 검출 방법 개발이 필요하지만 여전히 기술적으로 어렵습니다.

이종이식을 통한 난모세포 성숙

이종이식은 면역결핍 동물에 인간 난소 조직을 이식해 난포 발달과 난자 성숙을 지원하는 방법입니다. 성숙한 난자는 동물 숙주에서 회수되어 체외수정(IVF)에 사용되며, 조직을 인간에게 재이식할 필요가 없어 암 재발 위험을 제거합니다.

이 접근법은 동물 숙주가 제공하는 자연스러운 난소 환경을 이용해 완전한 난포 발달을 지원합니다. 동물의 순환계가 필요한 호르몬과 영양분을 공급해 체외 시스템보다 더 좋은 품질의 난자를 얻을 가능성이 있습니다.

연구자들은 주로 면역결핍 마우스를 숙주로 사용합니다. 이러한 동물은 기능적 면역계가 없어 인간 조직 거부반응을 방지합니다. 난소 조직은 일반적으로 신장 피막 아래나 난소 낭 등 모니터링과 회수가 용이한 부위에 이식됩니다.

연구에 따르면 인간 난소 조직이 마우스 숙주 내에서 생존하고 기능하며 난포가 다양한 발달 단계를 거칠 수 있지만, 완전한 성숙과 수정 가능한 난자 생산 효율성은 여전히 낮습니다. 연구자들은 이식 기술과 숙주 조건 최적화로 결과 개선을 위해 노력하고 있습니다.

이종이식 접근법은 윤리적 고려사항이 중요합니다. 인간 조직의 동물 숙주 사용은 다양한 윤리적 질문을 제기하며, 동물-인간 결합 기술에 대한 규제적 장벽도 국가마다 다르고 상당합니다.

안전성 우려에는 동물 병원체의 인간 전염 가능성이나 인간 세포가 동물 숙주를 오염시킬 가능성이 포함됩니다. 인간과 동물 생물학적 시스템의 완전한 분리와 교차 종 오염 방지를 위한 엄격한 프로토콜이 필요합니다.

이러한 과제에도 이종이식은 인간 난포 발달 연구와 안전성 전략 테스트에 가치 있는 도구이며, 윤리적 및 안전성 우려가 해결된다면 일부 환자에게 생식능 회복의 실행 가능한 경로를 제공할 수 있습니다.

줄기세포 기반 난자 형성

줄기세포 기반 접근법은 다양한 줄기세포로부터 새로운 난자를 생성해 난소 조직 이식 없이도 생식능 회복을 위한 무제한 난자 공급원을 제공하는 것을 목표로 합니다. 이 혁신적 방법은 잠재적 오염 난소 조직을 사용하지 않아 암 재발 위험을 완전히 피할 수 있습니다.

연구자들은 배아 줄기세포, 유도 만능 줄기세포(iPSCs), 난소 줄기세포 등 여러 유형의 줄기세포를 탐구하고 있습니다. 각 세포 유형은 기능적 인간 난자 생성에 다른 장점과 과제를 가집니다.

배아 줄기세포는 어떤 세포 유형으로도 분화할 잠재력을 지녔지만, 사용에는 상당한 윤리적 고려가 필요하며 치료적 복제 기술 없이는 배아 기증자의 유전 물질을 가지게 됩니다.

유도 만능 줄기세포(iPSCs)는 더 수용 가능한 대안을 제공합니다. 환자 자신의 성체 세포(예: 피부 세포)를 재프로그래밍해 배아와 유사한 상태로 만든 후, 환자의 유전 물질을 가진 난자로 분화시킬 수 있어 윤리적 문제를 피하고 유전적 적합성을 보장합니다.

일부 연구는 난소 자체가 일생 동안 새로운 난자를 생성할 줄기세포를 포함할 수 있음을 시사하며, 여성이 태어날 때 평생 가질 모든 난자를 가진다는 오랜 신념에 도전합니다. 확인된다면 이러한 난소 줄기세포는 채취되어 배양에서 확장되고 성숙한 난자로 분화될 수 있습니다.

줄기세포로 기능적 난자를 생성하는 과정은 극도로 복잡하며 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 연구자들은 태아 발달期間 발생하는 정교한 난자 형성 과정을 재현해야 하며, 현재 기법들은 생쥐에서 난자 유사 세포 생산에 성공했지만 완전히 기능적인 인간 난자 생성은 여전히 큰 과제입니다.

줄기세포 기반 접근법의 안전성 우려에는 비정상적인 유전적 또는 후생유전적 프로그래밍으로 인한 발달 이상 가능성이 포함됩니다. 줄기세포 유래 난자가 정상적인 감수분열을 거치고 정확한 염색체 구성과 후생유전적 표지를 가지도록 보장하기 위해 광범위한 연구가 필요합니다.

줄기세포 기반 난자 형성은 안전한 생식능 회복을 위한 가장 혁신적인 접근법이지만, 여전히 연구 초기 단계입니다. 임상 적용을 고려하기 전 상당한 기초 과학 발전이 필요하지만, 생식능 보존의 미래에 엄청난 가능성을 지니고 있습니다.

암 환자에게 주는 의미

이 연구는 난소 조직 이식의 가장 중요한 안전성 우려—암 재도입 위험—를 해결하기 위한 중요한 진전을 나타냅니다. 특히 백혈병 같은 혈액암 생존자들에게 이러한 실험적 접근법들이 안전한 생물학적 부모 됨의 길을 제공할 수 있습니다.

현재 난소 조직 이식을 고려하는 환자들은 엄격한 안전성 선별검사를 받습니다. 의사들은 저장된 조직에서 암 세포를 검출하기 위해 면역조직화학, 분자 분석, 이종이식 등 다양한 방법을 사용하지만, 이 모든 검사는 분석 조직을 파괴하며 실제 이식될 파편에는 적용할 수 없습니다.

검사된 파편에 암 세포가 없더라도 표본 추출의 한계로 잔류 조직에 미세전이가 있을 수 있어, 이식을 고려하는 환자와 의사에게 불안을 줍니다. 여기 검토된 실험적 전략들은 조직 이식을 완전히 피하거나(체외 성숙, 줄기세포) 이식 전 암 세포 완전 제거를 보장함으로써(제균, 인공 난소) 이러한 불확실성을 해결하려 합니다.

현재로선 난소 조직 이식은 다학제 팀의 철저한 검토 후 경험이 풍부한 생식 클리닉에서만 수행해야 합니다. 대부분의 고형종양에서 안전한 것으로 간주되지만, 높은 전이 위험 혈액암에서는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다.

난소 조직을 저장한 환자들은 생식 전문의와 이러한 신흥 옵션에 대해 상의해야 합니다. 아직 임상적으로 이용 가능한 것은 아니지만, 연구 현황을 이해하는 것이 미래 생식능 회복 가능성에 관한 정보에 기반한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다. 환자들은 이러한 접근법들이 인간 시험 단계로 진전되면 임상시험 참여를 고려할 수도 있습니다.

이러한 안전 전략 개발은 특히 난자 동결이 불가능한 사춘기 전 젊은 암 환자에게 큰 혜택을 줍니다. 이러한 환자들은 난소 조직 동결 외 선택지가 거의 없어 안전한 이식 기술이 그들의 미래 생식능 회복에 특히 중요합니다.

현재의 한계와 과제

이 다섯 가지 전략 모두 여전히 실험 단계이며, 임상 적용 전 해결해야 할 상당한 한계점이 있습니다. 체외 성숙법은 효율성 문제에 직면해 있습니다. 현재 기술은 난소 조직의 초기 난포 수에 비해 성숙 난자 생산량이 적으며, 체외 성숙 난자의 질도 자연 성숙 난자보다 낮아 극체 크기와 난구세포 팽창에서 이상을 보입니다.

인공 난소 개발은 자연 난소 환경을 완벽히 모방할 지지체 제작에 어려움을 겪습니다. 피브린 기질이 유망한 결과를 보이지만, 인공 환경에서 난포의 장기 생존과 기능 유지는 여전히 어렵습니다. 연구자들은 정제된 난포로 지지체를 재주입할 신뢰할 수 있는 기술도 개발해야 합니다.

제균화 전략은 난포 생존력을 보존하면서 암 세포를 완전히 제거해야 하는 근본적 어려움에 부딪힙니다. 현재 검출 방법은 최소 잔류 질병을 찾아내지 못해 위음성 위험이 있으며, 암 세포를 죽이기 위한 공격적 처치는 건강한 난포까지 손상시켜 이식 가능 난포 수를 줄입니다.

이종 이식 접근법은 상당한 윤리적 고려와 규제적 장벽을 수반합니다. 동물 숙주 사용은 동물 복지, 종간 질병 전파 가능성, 인간-동물 생물학적 결합에 대한 윤리적 수용 문제를 제기해 연구 진행을 제한하고 임상 적용을 지연시킬 수 있습니다.

줄기세포 기반 난자 형성은 가장 근본적 생물학적 난관에 직면합니다. 인간 난자 발달의 복잡한 과정을 완전히 이해하지 못해 실험실에서 재현하기 어렵습니다. 줄기세포 유래 난자에서 발생할 수 있는 후생유전학적 이상과 염색체 오류 위험은 임상 적용 전 반드시 해결해야 할 심각한 안전 문제입니다.

이 모든 접근법들은 작은 표본 크기, 환자 간 변이, 장기 추적 데이터 부족이라는 공통 한계를 가집니다. 대부분 연구는 암 환자보다 양성 질환 여성의 조직을 사용해 의도된 대상 집단 적용 가능성이 제한될 수 있습니다. 동결-해동 과정 자체가 조직을 손상시켜 동결 보존 샘플에 이러한 기술 적용 시 효과성이 감소할 수 있습니다.

자금 조달과 규제상의 과제도 진전을 더디게 합니다. 이러한 혁신적 접근법들은 임상 시험 전 기초 연구에 상당한 투자가 필요하며, 많은 국가에서 새로운 기술에 대한 규제 경로가 불확실합니다. 줄기세포나 이종 이식을 포함하는 기술들에 대한 윤리 검토도 추가적 장벽입니다.