유전자 치료(Gene Therapy)의 현실과 한계: 가능성의 문턱에서 마주한 도전들

1. 서론: 유전자를 고쳐 질병을 치유하는 시대

한때 공상과학소설에서나 가능할 것 같았던 유전자 치료(Gene Therapy)는 이제 실제 임상 현장에서 활용되는 치료 전략으로 진화하고 있다. 유전자 치료란 말 그대로 질병의 원인이 되는 유전자를 직접 교정하거나 대체함으로써 근본적인 치료를 시도하는 의학적 접근법이다.
전통적인 치료법이 증상 완화나 대사 경로의 우회에 초점을 맞췄다면, 유전자 치료는 그보다 한 발 더 나아가 질병의 분자적 원인 자체를 해결하려는 시도라 할 수 있다.

최근 몇 년 사이 유전자 치료는 괄목할 만한 발전을 이루었다. 유전성 실명, 척수성 근위축증, 혈우병, 희귀 대사질환 등 일부 질환에서는 실질적인 임상적 효과를 확인할 수 있었으며, FDA 승인을 받은 유전자 치료제들도 등장하고 있다. 하지만 동시에 현실적인 기술적, 생물학적, 윤리적 한계 또한 분명하게 존재한다.
이 글에서는 유전자 치료의 기본 원리와 진척 상황, 실제 임상 적용 사례, 그리고 그 이면에 있는 다양한 한계와 논쟁점들을 균형 있게 조명하고자 한다.

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2. 유전자 치료의 기본 개념과 작동 원리

유전자 치료는 크게 돌연변이 또는 결손된 유전자를 정상 유전자로 대체하거나, 결함을 교정하거나, 새로운 유전자를 삽입하여 치료 효과를 유도하는 방식으로 나눌 수 있다.
치료 방법은 기술적으로 다음과 같은 요소들로 구성된다:

• 치료 유전자(therapeutic gene): 질병을 유발한 유전자를 대체하거나 기능을 회복하는 유전자
• 전달 시스템(gene delivery system): 치료 유전자를 세포 내로 전달하는 수단. 일반적으로 바이러스 벡터나 비바이러스성 시스템이 사용됨
• 표적 세포 또는 조직: 치료가 이루어져야 할 부위 (예: 혈액세포, 신경세포, 망막 등)

유전자 치료는 이론적으로 단 한 번의 치료로도 지속적인 효과를 낼 수 있다는 점에서, 기존의 약물 치료와는 차별되는 ‘치유(curative)’ 접근법이다. 특히 선천성 단일 유전자 질환에서는 그 효과가 매우 기대된다.

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3. 유전자 치료의 현실: 임상적 성과와 치료제들

유전자 치료는 수십 년의 연구 끝에 최근 본격적인 성과를 내고 있다. 일부 치료제는 미국 FDA, 유럽 EMA 등에서 정식 허가를 받았으며, 임상시험 중인 프로그램도 수백 건에 달한다.

3.1 대표적 유전자 치료제

• Luxturna (voretigene neparvovec): RPE65 유전자 결손으로 인한 유전성 망막질환 치료. 망막세포에 정상 유전자 전달
• Zolgensma (onasemnogene abeparvovec): 척수성 근위축증(SMA) 치료. AAV 벡터를 통해 SMN1 유전자 전달
• Hemgenix: 혈우병 B 치료. AAV 기반 유전자 치료로 Factor IX 유전자 삽입
• Strimvelis: ADA-SCID(중증복합면역결핍증) 치료. 자가 줄기세포 기반 ex vivo 유전자 삽입

이외에도 암세포 표적화 CAR-T 유전자 치료, 유전성 신경계 질환, 대사 질환, 피부 질환 등 다양한 분야에서 유전자 치료의 임상시험이 활발히 진행되고 있다.

3.2 적용 방식

• In vivo 방식: 유전자를 직접 환자 체내에 주입
• Ex vivo 방식: 환자의 세포를 체외에서 유전적으로 조작 후 다시 이식

이러한 방식의 선택은 질병 종류, 표적 조직의 특성, 면역 반응 위험도 등을 고려하여 결정된다.

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4. 유전자 치료의 기술적 한계

그럼에도 불구하고 유전자 치료는 여전히 다양한 기술적 장벽에 직면해 있다.

4.1 전달 시스템의 한계

현재 가장 많이 사용되는 벡터는 아데노 관련 바이러스(AAV), 렌티바이러스, 레트로바이러스 등이 있다. 그러나 이들 바이러스 기반 전달 시스템은 다음과 같은 문제점을 안고 있다:

• 면역 반응 유도: AAV 벡터는 체내에서 강한 면역 반응을 유발할 수 있어 반복 투여가 어렵다
• 유전자 크기의 제한: AAV는 4.7kb 정도의 유전자만 탑재 가능
• 삽입 위치의 무작위성: 렌티바이러스 등은 삽입 위치가 예측 불가해, 삽입 돌연변이 위험 존재
• 체내 표적화의 어려움: 특정 조직에 정확하게 유전자를 전달하기 어려움

따라서 전달 효율을 높이면서도 안전한 비바이러스성 시스템(지질 나노입자, 전기천공법 등) 개발이 병행되고 있다.

4.2 유전자 발현의 지속성 문제

삽입된 유전자가 지속적으로 발현되도록 유지하는 것도 어려운 과제다. 특히 비분열 세포에서는 발현 지속이 가능하지만, 분열하는 조직에서는 유전자가 희석되거나 소실될 수 있다.

• 일시적 발현: 대부분의 AAV 기반 유전자 치료는 세포 분열 시 유전자 소실 가능
• 에피좀 상태 유지: 삽입이 아닌 독립적 DNA로 존재할 경우, 세포 분열에 따라 손실됨

이 문제는 치료 효과의 지속성 확보와 관련이 있으며, 장기적 모니터링과 재투여 전략이 필요하다.

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5. 생물학적, 임상적 한계

유전자 치료의 실용성은 생물학적으로도 다양한 한계와 마주하고 있다.

5.1 유전자 기능 복잡성

많은 질환은 단일 유전자 결함이 아니라, 복합적인 유전자 네트워크의 변화에 의해 유발된다. 예를 들어, 암이나 알츠하이머와 같은 질환은 수십 개 이상의 유전자가 관여하며, 단순한 한 유전자의 교정만으로 완전한 치료가 어렵다.

또한, 동일한 유전자의 돌연변이라 하더라도, 조직별, 개인별, 발현 수준에 따라 치료 반응이 달라질 수 있다.

5.2 치료 시기와 조직 접근성

일부 유전병은 발생 초기에 치료하지 않으면 돌이킬 수 없는 손상을 초래한다. SMA의 경우 치료 시점이 생후 몇 개월 이내여야 효과가 크며, 이후에는 치료 효과가 현저히 감소한다.

또한 뇌, 망막, 심장 등 접근이 어려운 조직에 유전자를 전달하는 것도 기술적으로 매우 도전적이다.

5.3 환자 개별 변이에 대한 반응 차이

환자 개개인이 가지고 있는 유전적 배경, 면역 상태, 생리적 조건에 따라 치료 반응이 다르다. 동일한 치료제를 사용하더라도 일부 환자에서 치료 저항성, 과잉 면역반응, 비정상적 유전자 발현이 나타날 수 있다.

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6. 비용, 윤리, 규제라는 현실의 장벽

6.1 고비용의 한계

유전자 치료는 제조 과정이 복잡하고 맞춤형 치료가 많기 때문에 매우 고가이다. 예를 들어, Zolgensma의 경우 한 번 투여에 200만 달러 이상이 소요된다. 이는 건강보험 체계나 환자 접근성을 크게 제한하며, 실제 치료 확산을 어렵게 만든다.

6.2 윤리적 논쟁

특히 생식세포 유전자 편집에 대해서는 윤리적 반대가 매우 크다. 인간 배아 단계에서 유전자를 조작하면 후손에게까지 유전자가 전달되므로, 돌이킬 수 없는 영향을 줄 수 있다.

중국의 ‘유전자 편집 아기’ 사건 이후, 국제 사회는 생식세포 편집의 금지를 강력히 권고하고 있으며, 현재까지는 체세포 유전자 치료만이 윤리적 승인 하에 가능하다.

6.3 규제와 승인 절차

유전자 치료는 기존 치료제와 다른 작동 원리와 장기적 영향이 있기 때문에, 규제 기관의 엄격한 평가 절차를 거쳐야 한다. 장기적인 추적 관찰이 요구되며, 일부 국가는 관련 법률조차 정비되지 않아 임상 시험 자체가 제한되기도 한다.

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7. 미래 전망: 도전을 넘어 가능성으로

그럼에도 불구하고, 유전자 치료는 여전히 의학의 미래를 바꿀 수 있는 열쇠로 평가받고 있다. 최근에는 다양한 기술적 혁신이 이러한 한계를 극복하고 있다.

• CRISPR-Cas9 기반 유전자 교정 기술: 정확하고 효율적인 유전자 교정 가능
• 베이스 에디팅, 프라임 에디팅: DNA 절단 없이 교정 가능한 차세대 기술
• 지질 나노입자 기반 mRNA 전달 시스템: 백신 외에도 유전자 치료에 활용
• AI 기반 맞춤형 유전자 설계: 환자 개인의 변이에 맞는 정밀 유전자 조합 가능

이러한 기술이 현실화되면, 유전자 치료는 희귀질환뿐 아니라 일반적인 복합 질환까지도 정밀하게 타겟할 수 있는 치료 전략으로 확장될 수 있다.

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8. 결론: 유전자 치료, 꿈과 현실 사이에서

유전자 치료는 인류가 오랫동안 꿈꿔온 ‘근본적 치료’라는 이상에 가장 가까이 다가간 기술이다. 실제로 일부 질환에서는 치료제 승인을 받고 환자들에게 실질적인 생명을 선물하고 있으며, 빠르게 발전하고 있다.
하지만 동시에 면역 반응, 전달 시스템, 유전자 지속성, 비용과 윤리 문제 등 현실적인 도전과 한계 또한 분명히 존재한다.

따라서 유전자 치료는 마냥 낙관할 수 있는 미래가 아닌, 신중한 접근과 과학적 검증, 윤리적 고려가 병행되어야 하는 기술이다.
그 길은 멀고 험할지라도, 우리가 유전자를 고쳐 병을 고치는 시대에 살고 있다는 사실은 분명하다. 그리고 그 가능성을 현실로 바꾸는 데 필요한 것은, 과학과 사회의 균형 잡힌 지혜다.