DGIST(대구경북과학기술원, 총장 국양) 뉴바이올로지학과 김민석 교수팀은 연속원심미세유체 원천기술을 개발하여 세계 최초로 혈액 내 존재하는 모든 종류의 암세포들을 분리할 수 있는 자동화 장치를 개발하였다고 밝혔다. 해당 기술은 모든 종류의 암세포를 분리할 수 있고, 초정밀 암진단이 가능하며 이를 완전 자동화 형태로 구현하여 병원에서 바로 활용 가능할 정도로 완성도가 높다고 할 수 있다.
전 세계적으로 높아지는 암 발생률로 인해 다양한 항암제가 개발되어 치료 가능성이 증대하고 있으나, 변이 또는 전이가 잦은 암에 대한 정확한 정보를 얻는 것은 여전히 어려운 상황이다. 암 유전정보를 얻기 위한 방법으로 암 조직을 이용하여 진단하는 조직생검과 혈액 등을 이용한 액체생검이 존재하는데, 액체생검의 경우 인체에 고통을 주지 않는 비침습적 검사를 통해 암의 정보를 얻을 수 있고, 모든 암 유전정보를 가지고 있는 순환종양세포(Circulating tumor cell; CTC)를 이용할 경우 더욱 정확한 진단이 가능하다고 알려져 있다.
하지만 이러한 순환종양세포는 혈액 내 아주 희소하게 존재하여 분리가 어려우며, 현재 이용 중인 분리 기술들은 일부 CTC에 발현된다고 알려진 마커를 이용하거나, 기준 크기 이상의 암세포만을 분리할 수 있기에 모든 종류의 CTC 분리가 어려워, 순환종양세포들의 이질성(Heterogeneity)을 극복한 분리는 CTC 분야의 이상적인 기술로 여겨져 왔다.
▲ 왼쪽부터: DGIST 뉴바이올로지학과 김민석 교수, 우형중 석박사통합과정생, CTCELLS 김종만 선임연구원, 강효정 선임연구원, 배가은 연구원
연구팀에서 개발한 기술은 음성선택을 이용하여 암세포가 아닌 다른 세포들을 모두 제거하고 초정밀 유체 제어 기술을 통해서 세포의 스트레스와 손실율을 최소화하며 세포를 분리하는 것을 성공시켰다. 마커의 유무, 암세포의 크기와 관계없이 다양한 암세포주에서 90% 수준의 높은 회수율을 보였고, 연세대학교 김혜련 교수팀과의 공동연구를 통해 폐암 환자의 혈액으로 순환종양세포를 분리, 약물효과 추적관찰 등 임상적 유용성도 확인하였다. 또한 완전 자동화를 통해 기술적 완성도를 높여 분리 성능은 물론 의료현장에서 조기 상용화가 가능하다는 점에서 의학적 영향력이 클 것으로 보인다.
DGIST 뉴바이올로지학과 김민석 교수는 “본 연구 분야의 꿈인 CTC의 이질성을 극복하면서 완전 자동화로 모든 종류의 암세포를 분리할 수 있도록 기술 개발 및 상용화를 위해 지원해준 한국연구재단의 바이오의료기술개발사업단과 ㈜씨티셀즈 김승훈 이사, 연세대 김혜련 교수팀, 부산대 신용일, 이선민 교수팀에게 감사드린다.”며, “해당 기술이 암의 조기 진단, 맞춤형 치료제 처방 등 더욱 정밀한 진단과 맞춤 치료제 선정에 활용되어 암 환자들에게 도움이 되길 희망한다.”고 말했다.
한편, 이번 연구는 의료기관 창업캠퍼스 원천기술개발사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 Theranostics 12권 8호에 ‘Continuous centrifugal microfluidics (CCM) isolates heterogeneous circulating tumor cells via full automation’이라는 제목으로 2022년 5월 1일 게재되었다.
