백혈구 접착력 변화 이용한 암 모니터링 칩 개발

UNIST 강주헌 교수(좌측)와 브라이언 최 연구원. UNIST 제공

칩의 미세관에 혈액을 흘려보내 항암제 약효와 암 재발 여부를 읽어낼 수 있는 기술이 개발됐다. 혈액 속의 암세포를 직접 찾아내는 기존 액체 진단 기술과 달리 암 조직의 염증물질이 환자 백혈구 표면의 접착력을 증가시키는 원리를 이용한 기술이다. MRI, CT 같은 영상 검사가 놓치기 쉬운 미세 재발을 조기에 감지하고, 고가의 액체 생검 기술을 보완해 암 치료 경과를 살필 수 있게 됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 바이오메디컬공학과 강주헌 교수팀이 혈액 속 백혈구의 접착력 변화를 분석하는 방식으로 암 재발과 항암제 치료 반응 등을 모니터링할 수 있는 칩 기반 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

이 기술은 머리카락보다 가는 미세관이 얽혀 있는 칩 안으로 혈액을 흘려보낸 뒤 관에 부착된 백혈구의 숫자를 자동 프로그램으로 읽어내는 방식이다. 이 기술을 이용하면 치료 단계에서 항암제의 효능을 즉각적으로 확인하고, 수술 후 재발 여부까지 실시간으로 모니터링할 수 있다.

그림. 백혈구 부착(leukocyte adhesion) 기반 실시간 암 모니터링 바이오칩 개념도. 암 조직이 자라면서 생긴 염증 반응은 혈액 속 백혈구의 성질을 바꿔, 백혈구가 혈관 내벽에 더 잘 달라붙게 만든다. 연구팀은 혈관 내벽 환경을 모사한 미세유체 칩을 제작하고, 그 안에 혈액을 흘려보내 관 벽에 부착되는 백혈구의 수를 측정했다. 칩 표면에는 염증 상황에서 혈관 내피에 나타나는 세포부착분자들이 배치돼 있어, 실제 혈관과 유사한 조건을 만들었다. 이 방식으로 백혈구 부착 정도를 정량적으로 분석하면 암의 진행 상황은 물론, 항암 치료에 대한 반응이나 수술 후 전이·재발 여부를 모니터링할 수 있다. UNIST 제공

실제 실험에서 유방암에 걸린 쥐의 백혈구는 건강한 쥐의 백혈구에 비해 칩 내벽에 달라붙는 숫자가 최대 40배 더 많은 것으로 나타났다

항암 효과가 있는 약물(독소루비신)을 투여한 결과 종양 성장이 억제되면서 백혈구의 부착 빈도가 즉각적으로 감소했다. 반면 치료 효과가 없는 약물을 투여했을 때는 높은 접착 상태가 유지됐다.

또 수술로 일차적인 암 조직을 제거한 뒤 육안이나 영상 진단으로는 확인되지 않는 미세 전이가 시작되는 단계에서도 백혈구 접착력이 다시 상승하는 현상이 포착됐다. 이는 재발·전이 가능성을 조기에 추적할 수 있는 지표가 될 수 있음을 보여준다고 강교수팀은 설명했다.

강 교수는 "항암제 투여 이후의 치료 반응도 즉각적으로 확인할 수 있어 불필요한 치료를 줄이고 환자에게 맞는 최적의 치료제를 선별하는 데 도움을 줄 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 엘스비어(Elsevier) 출판사가 지난 1일 발간한 국제 학술지 '바이오센서 & 바이오일렉트로닉스'(Biosensors and Bioelectronics)에 실렸다. 연구는 UNIST, 한국연구재단 기초연구실지원사업, 과학기술정보통신부, 보건복지부, 범부처재생의료기술개발사업, 산업통상부의 지원을 받았다.

송현수 기자 songh@busan.com