'미세유체기기', 맞춤형 항암치료를 위한 새로운 열쇠로 떠올라
등록일 2018년 07월 03일 화요일
수정일 2018년 07월 03일 화요일
▲연구 중인 과학자(출처=셔터스톡)

미국 퍼듀대학 연구진이 종양과 화학 약물 사이의 화학적 과정 및 반응을 시뮬레이션하는 새로운 기술을 개발했다. 이것은 치료 승인 전 항암제를 스크리닝하는 도구로 쓰일 것으로 기대된다.

연구원인 한범수 교수는 "암 치료에는 여러 종류의 화학 요법 약물이 쓰인다. 의사들은 어떤 약물이 다른 약물보다 효과적일 수 있는지 파악해야 한다. 성공적인 약물 전달 및 약물 내성 극복은 암 치료를 위한 주요 임상 과제다. 우리는 이를 위해 T-MOC(tumor-microenvironment-on-chip)를 개발했다"고 말했다.

이 세로운 미세유체 장치는 4.5cm 정도 크기다. 살아있는 세포들 사이에서 흔히 발견되는 세포 외 기질이라고 불리는 3차원 배양 채널을 가지고 있다. 연구진은 간질액에 대한 연구도 진행했다. 간질액은 조직이나 세포간격을 채우고 있는 세포외액으로 약물 전달 장벽으로 여겨진다.

신기술을 사용하면 환자 및 특정 암 유형에 맞는 맞춤형 항암 치료법을 개발할 수 있다. 일부 의학자는 항암제에 저항하는 특정 암 치료에 정밀 의학을 선호한다. 이런 특정 암 세포는 활성 성분을 제거하는 다중 저항성 단백질을 생성해서 화학 요법으로부터 살아남는다.

연구진은 T-MOC 장치가 여러 종류의 암세포를 검출할 수 있음을 입증했다. 새로운 연구 결과에 따르면 이 장치는 두 종류의 유방암에 대한 항암제 테스트를 거쳤다. T-MOC 장치는 혈장 청소를 달성하기도 했다. 혈장 청소란 간과 신장 등의 여과 장기가 항암제를 걸러내 소량의 항암제만이 종양에 도달하도록 만드는 신체 반응이다. 이 실험을 통해 연구진은 항암제를 세포 수준에서 활용할 수 있으며 치료 시작 전에 환자와 질병 수준에 맞는 약을 개발할 수 있다는 점을 알아냈다. 이들은 췌장암이나 전립선암 등 다른 유형의 암에 대한 테스트를 이어갈 생각이다.

이 실험 결과는 T-MOC의 생체 내 약물 반응에 대한 예측 능력을 확인시켜 주며 T-MOC의 초기 특성 분석은 약물 효과 실험 가능성을 제시한다.

▲세포 이미지(출처=셔터스톡)

암 세포의 약물 내성 진화

과학자들이 암 세포를 죽일 약물을 개발했듯이 암 세포는 항암제가 그들을 죽이는 것을 피하는 방법을 개발했다. 이것은 화학 요법의 약효와 세포를 무차별적으로 죽이는 세포 독성 물질까지 막을 수 있는 방법이다. 은퇴한 메이저리그 야구 선수 빌 머레이는 흑색종 진단을 받았고 3단계의 새로운 면역 요법을 받았다.

2011년에 머레이는 처음으로 펩타이드 기반 백신과 니볼루맙(nivolumab)이라는 단일 클론 항체를 제공받았다. 니볼루맙은 T세포 표면에 표시된 프로그래밍된 세포 사멸 단백질 1(PD-1), 즉 림프구 백혈구를 표적으로 삼는다. PD-1은 신호 수용체로 일하며 PD-L1을 검출한 후 T세포 활동을 억제시킨다. 니볼루맙은 PD-L1을 차단하고 T세포가 암과 싸우도록 만든다.

안타깝게도 이 방법이 효과를 보이지 않았기 때문에 머레이는 이필리뮤맙(ipilimumab)이라는 새로운 항체를 투여받았다. 이것은 PD-1 세포에 의해 발현되는 세포 독성 T림프구 관련 단백질 4와 결합한다. 이필리뮤맙은 머레이의 면역 체계가 암과 싸우도록 만들었다.

하지만 5년 후 머레이의 암이 재발했고, 그는 니볼루맙과 이필리뮤맙을 병용한 치료법을 따라야 했다. 머레이와 같은 사례는 종양 전문의들이 새로운 치료 전략을 개발하도록 한 예이다.

큰 문제는 만약 면역 체계가 기능을 상실하는 경우 종양 세포가 저항성을 가지게 되느냐하는 것이다.

지난 2017년 1월 뉴욕에 있는 메모리얼 슬로언 케터링 암센터의 찰스 소이어 박사는 동료들과 함께 종양이 분자 표적 치료법을 우회하는 메커니즘을 발견했다. 종양이 돌연변이로 정체성을 바꾼 뒤 치료법을 무용지물로 만든다는 것이다.

전 세계의 과학자들이 암이 어떻게 항암제에 저항성을 가지며 세포 수준에서 신체에 침투하는지를 여전히 연구 중이다. 이들은 나노 테크놀로지, 분자 표적 치료 및 리포솜 약물 전달 시스템의 개선 등을 연구하고 있다.

추가 정보

1. 2050년에는 약 820만명이 약물 내성 암으로 사망할 전망이다.

2. 미 질병통제예방센터(CDC)에 따르면, 2020년에는 매년 63만 명이 암으로 사망할 것이다. 2010년에는 57만 5,000명 정도였다.

[메디컬리포트=강민경 기자]

강민경기자  
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