종양줄기세포는 암 세포로 분화하기 전 단계의 세포로, 재생·분화 능력이 강해 종양 형성과 암 전이나 재발에 관여한다. 때문에 생체 내에서 다양한 종류의 종양줄기세포를 얼마나 선별적으로 정확히 검출해낼 수 있는지의 여부가 항암 치료의 관건이 된다. 그러나 종양줄기세포 검출에 사용되던 기존 항체 치료법은 암 종류나 사람에 따른 편차를 보여 널리 활용하기 어려웠으며, 일반종양세포와 종양줄기세포를 선별하는 데 한계가 있었다.
IBS 연구진은 대표적 악성 종양인 폐암줄기세포를 폐암 환자 표본으로부터 추출하고, 폐암줄기세포에 형광분자들을 종류별로 처리하며 세포와 결합하는 형광분자를 찾았다. 연구진은 자체 개발한 약 1만여 종류의 형광 유기 분자 라이브러리에서 수많은 형광물질 중 TiY 분자가 폐암줄기세포에만 선택적으로 결합한다는 사실을 발견했다.
구체적으로 연구진은 TiY가 종양줄기세포의 '비멘틴'이라는 단백질에 결합한다는 사실을 밝혔다. 비멘틴은 종양줄기세포의 골격을 이루는 근육단백질의 일종으로, 일반 종양세포보다 종양줄기세포에 그 양이 압도적으로 많아 종양줄기세포임을 표지하는 지표임이 잘 알려져 있다. 연구진은 처음으로 비멘틴에 결합해 종양줄기세포만을 탐지해내는 형광물질 TiY의 메커니즘을 밝혀냈다.
이어 연구진은 면역력을 결핍시킨 세 그룹의 생쥐를 이용해 TiY의 종양줄기세포 선별 능력을 검증했다. 종양줄기세포는 공 모양의 '종양구'를 형성하는 특징이 있어 일반종양세포와 구분된다. A 그룹 생쥐에게는 종양에서 무작위로 추출한 세포를 주입하고, B그룹 생쥐에게는 TiY로 형광 염색된 세포만, C그룹 생쥐에게는 TiY로 염색되지 않은 세포만 추출해 주입했다. 실험 결과, TiY 염색 세포만 주입한 B그룹 생쥐에서 종양구가 가장 크게 형성됐고, A그룹 생쥐는 보다 작게 종양구가 생겼으나 C그룹의 생쥐는 종양구가 형성되지 않았다. TiY가 일반종양세포가 아닌 종양줄기세포에만 결합해 형광을 띠게 한다는 것이 입증된 것이다.
TiY는 폐암뿐만 아니라 신장암, 뇌종양, 피부암, 전립선암, 유방암, 난소암, 결장암 등 총 28 종류의 암 조직에서 모두 종양구를 형성한 것으로 확인했다. 특히 TiY 농도가 일정 수준 이상이 되자 폐암줄기세포가 급격히 사멸하는 것으로 나타나 종양 형성을 억제하는 항암 치료 용도로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
장영태 부연구단장은 "이번 결과는 살아있는 종양줄기세포 내부에서 발현되는 단백질을 표적으로 한 최초의 형광물질을 개발한 것"이라며 "향후 암 치료 약물 개발의 가능성을 열어주는 성과"라고 말했다.
이번 연구결과는 독일 응용화학회지 온라인판에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
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