한국기계연구원 대구융합기술연구센터 의료기계연구실 곽봉섭 선임연구원 연구팀이 나노크기의 자성물질을 이용해 암 전이를 일으킬 수 있는 세포를 95%까지 잡아낼 수 있는 ‘순환종양세포 진단용 바이오칩’ 개발에 성공했다. 개발된 바이오칩을 이용하면 비전이성 유방암 세포(MCF-7)의 평균 95%를, 전이성 유방암 세포(MDA-MB-231)의 경우 평균 80%의 효율로 진단이 가능하다. 연구팀은 8월 2일 관련 논문을 IF 7.47에 해당하는 저널 ‘Biosensors and Bioelectronics(바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스)’에 발표했다.

        *IF(impact factor) : 논문 피인용지수

**논문제목 :

- Selective isolation of magnetic nanoparticle – mediated heterogeneity subpopulation of circulating tumor cells using magnetic gradient based microfluidic system. (나노자성입자가 표지된 이종 순환종양세포의 선택적 분리를 위한 자력구배 기반의 미세유로시스템)

암에 걸리면 몸속에서 세포가 많아지면서 하나의 종양 덩어리가 되는데 암세포가 죽음의 위기를 느끼면 이 중 일부가 하나의 작은 세포로 분리돼 혈관을 타고 이동한다. 이때 다른 곳에 정착해 증식을 시작하는 것을 전이라고 한다. 암은 지난 2014년 통계청 조사 결과 한국인의 주요 사망원인 1위에 꼽힐 정도로 심각하지만 특히 암 자체 보다는 암의 전이나 재발 때문에 사망하는 경우가 대부분으로 집계되고 있다. 특히 재발율이 높은 유방암의 경우 전이나 재발의 진단이 어려워 필요이상으로 많은 대상에게 항암치료를 실시해야 하는 실정이다.

최근 10년간 암의 전이 및 재발을 진단하기 위하여 암 환자의 혈액 내에 포함되어 있는 단일 세포 단위의 암세포인 순환종양세포를 혈액 세포로부터 분리하여 개수를 측정하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 암의 전이를 진단하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있지만 혈액 1cm3 내 평균 50억 개의 적혈구와 400만 – 1000만 개의 백혈구 등 엄청난 양의 혈액세포가 존재하는 반면 암 세포는 전이 가능성이 매우 높은 환자에게도 10-100개 내외로 존재하기 때문에 정확하게 이를 진단하는데 어려움을 겪어 왔다.

연구팀은 암세포에서 떨어져 나온 작은 단일세포 ‘순환종양세포’를 다른 혈액세포로부터 정밀하게 분리하고 이렇게 분리해 포집한 순환종양세포의 전이성을 검증할 수 있는 바이오칩을 개발했다. 세포가 전이성을 띠느냐 아니냐에 따라 세포 표면의 표피세포부착분자(EpCAM·Epithelial Cell Adhesion Molecule)의 양이 다르게 발현된다는 점에 착안해 나노 자성입자를 표피세포부착분자에 붙도록 설계했다.

같은 양의 나노 자성입자를 세포에 넣어주면 전이성 암세포의 경우 적은 양의 입자가 부착되고 비전이성 암세포의 경우 많은 양의 나노 자성입자가 붙는다. 연구팀이 개발한 바이오칩은 한쪽 끝에 자석을 설치해 반대쪽에서 암세포를 흘려주면 나노 자성입자가 많이 부착된 암 세포는 자석의 먼 쪽에서 포집이 되고 비전이성 암세포는 자석과 가까운 쪽에서 포집된다.

곽봉섭 선임연구원은 “바이오칩을 이용해 유방암 세포주의 분리 실험을 진행한 결과 비전이성 세포 100개의 세포 중 95개를, 전이성 세포 100개 중 80개를 찾아낼 수 있었다”며 “표피세포부착분자의 발현량이 전이성을 판별하는 절대적 기준은 아니지만 이 기술을 병원에 적용하여 암의 전이나 재발 대상을 판별함으로써 항암치료의 대상을 획기적으로 줄일 수 있을 것”이라고 설명했다.