숨은 장기 췌장에서 분비되는 엑소좀 이용한 췌장암 진단 실마리 찾아

췌장암 표면에서의 비정상적인 당쇄화 포착할 수 있는 나노입자 개발

김교범 교수, 최용현 교수, 최종훈 교수

췌장암은 세계적으로 14번째로 다발하는 암이다. 5년 생존율이 5% 미만이고, 6개월 이내 진단된 환자의 반 이상이 사망하는 등 예후가 매우 불량한데다 진단도 어려운 질환으로 알려져 있다.

사망률이 높은 것은 췌장암의 경우 자각증상이 없어 초기 진단이 어려울 뿐만 아니라, 장기 특성상 다른 장기에 가려져 있어 초음파나 CT 촬영 등을 이용하여도 관측이 용이하지 않기 때문이다.

또한 췌장암은 기존의 화학요법적 치료에 대하여 강한 내성을 가지고 있는 경우가 대부분이고, 외과적인 수술로 제거하기가 쉽지 않아 암 발병 후 초반에 진단이 되지 않으면 치료가 쉽지 않은 탓에 인류가 정복하지 못한 난치병의 대표로 자리매김 하고 있다.

췌장암에 대한 표적 치료 및 진단을 위하여 분자적 특징을 규명하려는 연구가 다수 시도되고 있지만, 암세포는 이형성(heterogeneity)으로 자라기 때문에 췌장암을 비롯한 암의 분자적 특징을 명확하게 규명하기는 어려운 실정이다.

당쇄 반응성 나노입자를 통한 췌장암 엑소좀 포획 및 분석 시스템 모식도췌장암으로부터 분비된 엑소좀을 엑소좀 표면 당쇄를 매개로 하여 당쇄반응성 나노입자를 통해 포획한다. 포획된 엑소좀은 제작된 미세유체채널에 적용 후 이미징 분석을 통해 포집양을 분석하고 췌장암의 유무와 포획 엑소좀 농도 차이의 상관간계를 분석하여 췌장암 진단을 수행 할 수 있다.

국내 연구진이 정상세포보다 췌장암 표면에서 더 빈번하게 나타나는 당사슬을 이용해 췌장암을 진단하려는 방법을 제안했다.

한국연구재단은 최종훈(중앙대학교), 김교범(동국대학교), 구형준(서울과기대) 교수 연구팀이 당사슬(glycan)과 결합하는 나노 입자와 이를 분석하기 위한 미세유체칩을 개발했다고 밝혔다.

다른 장기들에 둘러싸인 췌장. 증상을 빨리 알아차리기 쉽지 않은데다 진단 이후에도 수술이나 치료가 쉽지 않은 만큼 조기진단이 특히 중요하다. 세포에서 분비되는 작은 주머니, 엑소좀은 이중막 구조인 세포막 성분을 그대로 가져 안정적인데다 혈액을 따라 체내를 순환하기에 질병진단을 위한 바이오마커로 유리하다.

세포표면의 특이적 인자를 검출하기 위해 세포표면의 구성성분을 그대로 가지고 분비되는 엑소좀을 이용하려는 시도는 있었지만, 대부분 엑소좀 유래 인자 또는 암세포 유래 항원에 특이적으로 결합하는 항체를 이용하였다. 하지만, 암세포 분비 엑소좀을 항체를 이용해 검출하려면 꾸준한 암 특이적 인자의 발굴과 이의 일정한 발현 확인에 어려움이 있었다.

연구팀은 마치 항체처럼, 구조적으로 당사슬과 잘 결합할 수 있는 단백질(Lectin)로 둘러싸인 나노입자를 설계하여 당사슬이 있는 엑소좀을 효과적으로 포획할 수 있도록 했다.

췌장암 환자의 혈액을 떨어뜨릴 경우 나노입자에 포획되는 엑소좀의 농도가 상대적으로 높은 것을 이용하는 원리다. 포획된 엑소좀의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 미세유체칩도 설계했다.

나아가 실제 췌장암 환자의 혈액으로부터 분리한 혈장, 그리고 혈장으로부터 분리된 엑소좀을 각각 도입하여 췌장암과 엑소좀 포집농도와의 상관관계를 검증하였다.

항체와 항원 결합에 견줄 만큼 견고하고 특이적으로 결합할 수 있는 렉틴을 활용한 나노입자로 췌장암 여부 뿐 아니라 전이성 췌장암인지 여부까지 식별할 수 있다는 설명이다.

기존 암 특이적 표지 항체를 이용한 엑소좀 포획의 단점인 환자 간 특정 항원 발현차이를 극복할 수 있는 실마리를 제공할 수 있는데다, 암의 특성에 대한 정보도 얻을 수 있다는 것이다. 연구팀은 당사슬 결합 효율 향상은 물론 암진단 평가기준 마련을 위한 후속연구를 지속할 계획이다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노소재기술개발 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 '바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)'에 1월 6일 게재되었다.

저자는 최종훈 교수(교신저자/중앙대학교), 김교범 교수(교신저자/동국대학교), 구형준 교수(서울과학기술대학교), 최용현(제1저자/중앙대학교), 박의선(제1저자/아지노모토-제넥신) 등이다.

한국연구재단 홍보실 제공

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