우리 연구진이 종양이 자라면서 내부에서 점차 커지는 '압력'이 실제 암세포 전이성에 미치는 영향을 세계 최초로 규명했다. 기존에는 추측만 하던 것을, 직접 측정해 객관성을 확보했다.
기초과학연구원(IBS·원장 장석복)은 천진우 나노의학연구단장(연세대 언더우드 교수)과 전영욱 미국 UCSF 교수팀이 자기공명영상(MRI)으로 종양 내 압력을 측정해, 암 전이 가능성을 가진 세포 위치를 밀리미터보다 작은 해상도로 알아낼 수 있는 '엠큐브(M3) 센서'를 개발했다고 12일 밝혔다.
기존에는 암 조직에 가해지는 압력을 확인하고자 빛을 이용한 센서나 현미경을 사용했다. 다만 이 방법으로는 빛이 도달하지 않는 깊은 곳이나 살아있는 동물 종양을 오래 관찰기 어려웠다.
연구팀이 개발한 엠큐브 센서는 몸에 안전하게 사용할 수 있는 알지네이트 하이드로젤 안에 아주 작은 자성 나노입자를 넣은 구조다. 외부 압력을 받은 하이드로젤이 수축하면, 자성 나노입자 주변의 물 분자 환경이 달라지면서 MRI 신호가 변화한다. 연구팀은 이 원리로 종양 내 축적된 압력 스트레스를 1~15kPa에서 정밀 측정했다.
연구팀은 종양의 특성을 모사한 3차원 세포 배양체인 종양 오가노이드와 동물 모델에서 압력 변화에 따른 암세포의 반응을 추적했다. 그 결과, 암에 축적된 스트레스 변화 속도가 암세포 전이성 변화에 영향을 줄 수 있음을 발견했다.
암세포에 가해지는 압력이 천천히 증가할 때는 암세포에 뚜렷한 변화가 나타나지 않았으나, 급격한 압력 스트레스 증가에 노출된 암세포에서는 생리적 불균형 상태인 산화스트레스가 강하게 발생하고, 물리적 자극에 반응하는 YAP/TAZ 유전자의 발현이 증가했다.
이와 함께 세포 간 연결이 느슨해지고 이동성·침습성이 높아지는 EMT 과정이 촉진됐다. 연구팀은 이를 통해 종양 내부에 압력이 급격히 쌓이면 암세포가 전이에 유리한 성질을 갖게 될 수 있음을 규명하고, 암 전이의 새로운 기전을 제시했다.
천진우 단장은 “향후 엠큐브 센서는 암 전이뿐 아니라 조직 재생, 염증, 섬유화 등 다양한 생명현상에서 물리적 힘이 어떤 역할을 하는지 밝히는 데 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다.
이번 연구 결과는 '네이처 나노테크놀로지'에 9월 28일 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
