▲ 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.(그림 및 설명=UNIST)  © 특허뉴스

암 환자의 혈액 속 백혈구 면역 반응을 분석해 암 재발 여부와 항암제 치료 효과를 동시에 진단할 수 있는 새로운 바이오칩 기술이 개발됐다. 영상검사로 발견하기 어려운 미세 전이와 초기 재발까지 포착할 수 있어 정밀 의료 분야에서 새로운 진단 도구로 주목받고 있다.

UNIST 바이오메디컬공학과 강주헌 교수 연구팀은 혈액 속 백혈구의 접착력 변화를 분석해 암 재발과 항암제 치료 반응을 모니터링할 수 있는 칩 기반 진단 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’에 3월 1자로 출판됐다.

이번 기술은 기존 액체 생검처럼 혈액 속 암세포를 직접 찾는 방식이 아니라, 암 조직이 분비하는 염증성 물질이 백혈구 표면의 접착 분자를 활성화시키는 면역 반응을 이용한 것이 특징이다. 연구팀은 이러한 면역 반응을 정밀하게 측정할 수 있는 미세 유체 칩을 설계했다.

개발된 칩에는 머리카락보다 가는 미세관 구조가 형성돼 있으며, 혈액을 이 관 안으로 흘려보내면 백혈구가 미세관 벽에 부착된다. 미세관 내부에는 백혈구 표면 수용체와 결합할 수 있는 특수 단백질이 코팅돼 있어 활성화된 백혈구가 더 쉽게 달라붙는다. 이후 자동 분석 프로그램이 관 벽에 부착된 백혈구 수를 계산해 환자의 면역 반응 상태를 정량적으로 분석한다.

동물 실험 결과, 유방암이 진행 중인 쥐의 백혈구는 건강한 쥐보다 칩 표면에 최대 40배 더 많이 부착되는 것으로 나타났다. 이는 암 조직에서 발생하는 염증 반응이 백혈구의 접착 수용체를 활성화시키기 때문으로 분석된다.

연구팀은 또한 항암제 반응을 실시간으로 확인할 수 있는 가능성도 입증했다. 실제 항암 효과가 있는 약물인 독소루비신(doxorubicin)을 투여했을 경우 종양 성장이 억제되면서 백혈구 접착 빈도가 즉각적으로 감소했다. 반면 효과가 없는 약물을 투여했을 때는 높은 접착 상태가 지속됐다.

특히 암 조직을 수술로 제거한 이후에도 영상 진단으로 확인되지 않는 초기 전이 단계에서 백혈구 접착력이 다시 상승하는 현상이 관찰됐다. 이는 재발 가능성을 조기에 탐지할 수 있는 면역 기반 바이오마커로 활용될 수 있음을 시사한다.

강주헌 교수는 “이번 기술은 환자의 백혈구 면역 반응을 활용해 영상 진단으로 확인하기 어려운 초기 전이와 재발을 조기에 감지할 수 있다”며 “항암제 투여 이후 치료 반응을 즉각적으로 평가해 환자에게 가장 적합한 치료 전략을 선택하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 설명했다.

이번 연구에는 UNIST 바이오메디컬공학과 브라이언 최 연구원이 제1저자로 참여했다.

연구팀은 향후 임상 연구를 통해 해당 기술을 실제 암 환자의 치료 모니터링과 정밀 의료 기반 진단 플랫폼으로 확대할 계획이다.

논문명은 Real-time cancer monitoring via leukocyte adhesion in a biomimetic microfluidic assay이다.