건강한 조직 내에 산재한 종양 세포를 감지하는 것은 어려운 일이며 첨단 도구가 필요한 일이다. 워싱턴대학의 한 연구팀이 복잡한 상황에서도 성공적으로 종양 세포를 발견할 수 있는 기술을 개발했다.

전파시간 이차이온질량분석법(TOF-SIMS)이라는 도구를 기반으로 개발한 신기술로 종양 분자 및 신호의 움직임을 확인할 수 있게 된 것이다.

종양의 미세환경 관찰 

종양 세포는 인체 어디서든 자랄 수 있다. 비정상적인 종양 세포는 인체 조직 내에 머물고, 자라기 시작하면 최초 발생 위치가 1차 종양 부위가 된다.

비정상적인 세포는 자라기 시작하면서 혈관의 영양소와 산소 같은 자원을 소모한다. 그러나 건강한 세포에 섞여 있는 암세포의 초기 성장 단계는 자기공명영상법으로는 감지하기 어렵다.

워싱턴대학 연구팀은 종양이 성장하는 환경을 관찰할 방법을 개발한 것이다. TOF-SIMS에 적용한 신기술은 종양이 성장하는 복잡한 부위의 활동성을 측정할 수 있다. 이 기술로 분자 운동과 종양 신호도 탐지할 수 있다.

라라 갬블 박사는 “연구자들은 TOF-SIMS 기술과 종양 세포 행동에 대한 지식을 바탕으로 화학 분자 수준에서 발생할 수 있는 종양 관련 행동을 이해할 수 있게 됐다”고 말했다.

전파시간 이차이온질량분석법

전파시간 이차이온질량분석법(TOF-SIMS)이란 펄스 이온 빔(pulsed ion beam)을 사용한 분석 기법의 일종이다. 이 방법은 표면에 민감하고 가장 외부 표면에서 분자를 제거할 수도 있다. 이렇게 제거된 분자를 탈출관(flight tube)으로 이동시켜 질량을 측정해 분자가 탐지기에 도달한 정확한 시간을 판단할 수 있다.

이 방법은 유기막이나 유기 바이오지표, 금속 같은 소재를 연구하는 수많은 학문에도 광범위하게 적용할 수 있다. TOF-SIMS는 해상도가 높고 매우 민감하기 때문에 수많은 과학자가 선호하는 방법이기도 하다.

연구팀은 종양 세포에서 채취한 정보를 표적으로 삼았다. 종양 세포가 영양소를 얻으면 보다 큰 막을 생성하기 위해 주변 세포에서 지방질을 끌어낸다. 이 지방질은 세포막 안에 들어있는 팽창한 종양 세포에 에너지를 공급하고 이 과정에서 혈관 파열이 유발되고 종양 내에 혈액이 고이게 된다.

연구팀은 췌장 신경내분비 종양에 걸린 실험쥐 모델에 TOF-SIMS를 적용했다. 그리고 800나노미터 스캔으로 종양의 나노 규모 환경을 확대했다. 이 방법으로 표본에서 분자를 채취해 질량 분석계로 전달한 후 분자량을 계산했다. 연구팀은 결과 판독 후 종양 미세환경에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있게 됐다.

TOF-SIMS은 종양 세포와 관련된 대사 작용에서 분자 흐름과 종양이 내보내는 신호를 변경해 상당한 변화를 끌어낼 수 있었다. 이 매핑 결과로 종양 억제 세포와 종양 유전자 간의 활동 같은 세포 메커니즘의 상호작용을 측정할 수 있게 됐다.

갬블 박사는 “종양에 혼선이 있는지 확인했다. 종양 성장을 촉발하고 유지하는 분자를 확인할 수 있었다”고 덧붙였다. 연구진은 “췌장암이 진행되는 방법을 설명할 수 있도록 화학 신호를 도표화할 수 있는 새로운 연구를 진행할 것”이라고 밝혔다.

암은 유전, 화학물질 노출, 생활습관 등을 포함한 여러 가지 요인에 의해 유발될 수 있다. 모든 암의 공통분자는 돌연변이다.

암은 혈관 성장을 유도하는 능력이 있다. 암세포는 전이를 위한 양분을 얻기 위해 혈관과 연결해야 할 필요가 있다. 악성 세포는 혈관을 사용해 인체의 다른 부위로 전이된다. 일부 항암약물은 종양 세포를 수축시키기 위해 혈관 성장 능력을 억제하는 기능을 한다. 암세포는 자라는 조직 부위에 압력을 가한다. 이렇게 가해진 압력은 건강한 세포에 부담으로 작용해 혈액 생성을 차단하는 것이다. 건강한 세포가 죽으면 종양 세포는 전이 과정에 필요한 보다 많은 공간을 확보할 수 있게 된다.

한편, 전문가들은 종양 세포에 특정한 효소가 많이 생성됐다는 것을 확인했다. 보통 건강한 세포는 화학 물질과 박테리아, 바이러스를 분해하기 위해 효소를 사용한다. 이 같은 효소를 활용하는 세포 중 하나는 백혈구다. 백혈구는 효소를 사용해 감염과 질병 세포를 제거한다. 암세포도 효소를 사용해 주변 조직을 분해시켜 전이 속도를 가속해 출혈을 유발할 수 있다.