혈중 암세포 진단을 위한 양면형 진단 장치의 개발

지난 10월 우리학과 조영호 교수 연구팀은 혈액 속에 존재하는 암세포를 진단하는데 필요한 양면형 진단 장치를 소개했다. 본 연구 내용은 바이오 칩 분야 권위 학술지 <랩 온어 칩(Lab on a Chip)>에 게재되었다.

혈액에 떠다니는 암세포 찾기

현대 의학의 눈부신 발전에도 불구하고 암은 아직도 넘어야 할 고지가 남아있는 산과 같다. 암을 예방하고 조기에 진단하여 치료 효율을 높이기 위해 수많은 학자가 연구를 거듭하고 있다. 암이 발병하면 혈액에 적혈구나 백혈구 같은 보통의 혈액 물질과 함께 암세포도 체내를 순환한다. 이러한 혈액 속의 암세포를 “혈중암세포(circulating tumor cells, CTCs)”라 부르며 최근 암 진단과 치료의 새로운 물꼬를 틀 수 있을 것으로 예상하여 크게 주목받는다. 혈액 속의 암세포를 수집하여 분석하면 암의 전이 가능성을 예상하고 치료 방향을 설정하는데 효율성을 높일 수 있다.

혈중암세포를 수집하는 방법

혈중암세포를 수집하는 방법은 크게 양성 수집 방식(positive selection)과 음성 수집 방식(negative selection)으로 나뉜다. 양성 수집 방식은 진단 장치 내부에 혈중암세포와 잘 결합하는 물질을 코팅하고 혈액을 흘려주면 혈중암세포가 장치 내부에 부착하는 방식으로 혈중암세포를 잡아낸다. 장치 내부에 코팅된 항체가 특정 혈중암세포와 결합하면서 원하는 혈중암세포를 걸러내는 방식이다. 상용화된 혈중 암세포 수집 기기는 셀 서치(Cell Search)가 유일한데 양성 수집 방식을 사용한다. 음성 수집 방식은 혈액 성분 중에서 혈중암세포를 제외한 나머지 요소를 최대한 제거하여 혈중암세포를 얻는다. 사전 처리를 통해 적혈구를 제거한 후 여과 장치를 통해 백혈구를 선택적으로 제거하여 남아있는 혈중암세포를 수집한다. 양성 수집 방식은 혈중암세포를 잡아내는 데 집중한다. 따라서 단일한 형태의 혈중암세포에는 효율적인 방법이지만 장치와 결합하지 않는 형태의 혈중암세포를 검출할 수 없다. 반면 음성 수집 방식은 혈중암세포를 제외한 나머지 혈액 내 물질을 걸러내는 데 집중하여 다양한 형태의 혈중암세포를 수집하는 데 유리하다.

백혈구를 제거하라

조 교수 연구팀은 음성 수집 방식의 장점에 주목하여 이를 극대화할 수 있는 양면형 진단 장치(Dual-patterned immunofiltration device)를 개발했다. 양면형 진단 장치는 혈액 내의 백혈구를 제거하여 가능한 많은 양의 혈중암세포의 수집이 목표다. 검사하고 자는 혈액샘플을 진단 장치에 주입하면 백혈구는 걸러지고 나머지 세포를 수집해 혈중암세포를 얻어내는 방식이다. 진단 장치에 내부는 마이크로 크기의 미세 패턴이 새겨져 있고 백혈구에 특이적으로 결합하는 물질인 항체를 코팅했다. 미세 패턴은 동일한 크기의 소자 내에서도 최대한 넓은 표면적을 형성해서 백혈구가 가능한 한 많이 걸러지도록 했다. 또한, 장치를 양면형으로 디자인해서 기존에 보고된 소자가 세포의 움직임을 수평적으로만 제한한 것에 비해 본 연구에서 개발한 소자는 세포의 움직임을 상하로도 자유롭게 하여 세포와 장치 사이의 접촉 시간을 늘려서 백혈구의 걸러짐 정도를 높였다.

혈중암세포는 각자의 형태가 다양해서 혈액샘플에서 가능한 많은 양의 혈중암세포를 수집하는 것이 중요하다. 양면형 진단 장치는 기존에 알려진 다른 혈중암세포 수집 장치와 비교했을 때 더 높은 백혈구 수집 효율을 보였으며 지금까지 관찰하기 어려웠던 다양한 형태의 혈중암세포를 수집하는 데도 유리하다.

음성 수집 방식을 이용한 다목적 진단 장치 개발 가능해져

본 연구에서 개발한 양면형 진단 장치를 통해 빠르고 정확한 혈중암세포의 수집이 가능해졌다. 또한, 내부의 화학적 처리 과정을 통해 다양한 목적으로 활용할 수 있다. 따라서 혈중암세포뿐만 아니라 세포에서 유래한 다양한 세포 부산물 연구에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

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[양면형 혈중 암세포 진단 장치 개념도(위)와 실제 모습(아래)]

참고자료

Jiyoon Bu, Yoon-Tae Kang, Young Jun Kim, Young-Ho Cho, Hee Jin Chang, Hojoong Kim, Byung-In Moon and Ho Gak Kim, Dual-patterned immunofiltration (DIF) device for the rapid efficient negative selection of heterogeneous circulating tumor cells, Lab Chip, 2016, 16, 4770-4776, DOI: 10.1039/C6LC01258B

작성자: 김래영