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골수 이식 과정 중 대량의 화학요법 또는 방사선 조사에 의해 환자의 병든 골수가 파괴되고 건강한 사람의 골수가 환자의 혈류내로 주입됩니다. 주입된 새로운 골수는 체 내의 큰 뼈에 존재하는 공간내로 이동하여 생착되고 새로운 혈액세포를 형성합니다.

이때 형제·자매와 같은 공여자로부터의 골수가 사용된다면 이 경우 "동종" 골수이식이 되며, 만일 공여자가 조직 적합 항원이 완전히 일치하는 일란성 쌍생아라면 "동계" 골수 이식이라고 합니다.

동종 골수이식의 경우 환자에게 주입되는 새로운 골수는 가능한 완벽하게 환자의 골수와 유전적 구성(흔히 말하는 주조직 적합 항원, HLA)이 일치해야 합니다.

만약 공여자가 환자와 유전적 구성이 일치하지 않습니다면 주입되는 새로운 골수내의 세포가 환자의 신체를 적으로 간주하여 공격·파괴합니다. 이러한 상황을 이식 편대 숙주병이라 하며 심각한 경우에는 치명적일 수도 있습니다. 이와는 반대로 환자의 면역 체계가 주입된 새로운 골수를 파괴할 수 있는데 이를 이식 거부 반응이라고 합니다.

환자와 형제 간에 이식에 필요한 6개의 HLA가 완전히 일치할 확률은 약 30%(이론적으로는 25%)입니다. 만약 HLA가 일치하는 가족이 없는 경우에는 자가이식을 시행하거나, 한국골수은행 또는 가톨릭골수정보은행에서 비혈연 간 공여자를 찾아서 이식할 수가 있으며 HLA-불일치-혈연 간 이식, 제대혈 이식을 고려할 수 있습니다.

환자 자신이 골수(또는 조혈모세포) 공여자가 되는 경우를 자가 골수(또는 조혈 모세포)이식이라 하며, 백혈병의 경우 골수가 관해 상태이거나, 고형 종양(즉 유방암·난소암·호지킨병·비호지킨 림프종과 뇌종양)의 경우 골수가 침범되지 않은 상태에서 자가 이식이 가능합니다. 이식전 환자로부터 추출된 골수에서 혹시 남아 있을지 모르는 암 세포를 제거하는 방법이 있는데 이를 "정화(purging)"라고 합니다.