전이성 대장암 세포, 항암치료 중 '갈래별'로 진화…국립암센터·KAIST 오가노이드로 추적

국립암센터 대장암센터 김번 교수와 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 전이성 대장암 환자의 종양으로 만든 '오가노이드'를 이용해 암세포가 항암치료 과정에서 어떻게 갈라져 진화하는지 추적한 연구 결과를 이번 주 공개했다. 암세포는 한 덩어리로 움직이지 않고 여러 계통으로 나뉘어 저마다 다른 유전 변화를 쌓은 것으로 나타났다. 연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 실렸다.

환자 종양으로 '미니 장기' 만들어 세포 하나하나 분석

오가노이드는 환자에게서 떼어 낸 세포를 실험실에서 입체적으로 키워 원래 조직의 특성을 재현한 이른바 '유사 장기'다. 연구진은 전이성 대장암 환자 6명의 원발 종양과 전이 종양 조직으로 종양 오가노이드를 만든 뒤, 여기서 암세포를 하나씩 떼어 따로 배양했다.

이렇게 얻은 단일세포 유래 오가노이드 클론과 종양 조직 18개를 대상으로 전장 유전체 분석을 진행했다. 헬스코리아뉴스 보도에 따르면 분석에 쓰인 클론은 58개로 알려졌다. 연구진은 결과를 바탕으로 암세포 계통이 돌연변이를 쌓아 온 과정을 계통수(진화 나무) 형태로 재구성했다.

전이 세포는 특정 계통에서…항암제 흔적은 세포당 약 1400개

분석 결과 전이된 암세포들은 질병이 진행되는 과정에서 나타난 특정 계통을 공통 조상으로 공유하고 있었다. 연구진은 일부 세포 집단이 선택적으로 살아남아 전이에 기여했을 가능성을 시사하는 결과로 해석했다.

항암제가 남긴 유전적 흔적도 확인됐다. 대장암 표준 항암제인 5-플루오로우라실(5-FU)과 옥살리플라틴으로 치료받은 환자의 암세포에는 항암치료와 관련된 돌연변이가 세포당 평균 약 1400개, 전체 돌연변이의 약 8% 수준으로 쌓여 있었다.

눈여겨볼 대목은 세포 분열 속도에 따른 차이다. 빠르게 분열하는 세포 계통일수록 항암제 관련 돌연변이가 많았던 반면, 휴면 상태이거나 아주 느리게 자라는 세포에서는 적었다. 연구진은 이런 '느린 세포'가 치료를 견디고 살아남아 재발에 관여할 수 있다는 가능성에 주목했다.

"개인별 치료 반응 예측"이 다음 과제

김번 교수 연구팀은 앞으로 오가노이드를 활용한 기능 연구를 넓혀 암세포의 휴면 상태와 치료 저항성 사이의 관계를 규명하고, 환자 개개인의 항암치료 반응을 예측하는 방법을 개발할 계획이라고 밝혔다. 이번 연구는 6명의 환자를 분석한 결과인 만큼, 실제 치료에 적용하려면 더 많은 환자를 대상으로 한 검증이 뒤따라야 한다.

대장암은 국내에서 환자가 많은 암 가운데 하나다. 보건복지부와 국립암센터 중앙암등록본부가 올해 1월 발표한 2023년 국가암등록통계에 따르면 2023년 대장암 신규 환자는 3만2610명(남성 1만9156명, 여성 1만3454명)으로, 전체 신규 암 환자 28만8613명의 약 11.3%를 차지해 갑상선암·폐암에 이어 세 번째로 많았다.

같은 통계에서 대장암 유병자, 즉 암 진단 후 치료 중이거나 완치된 사람은 34만64명으로 전체 암 유병자의 12.4%를 차지했다. 전이와 재발을 막는 일이 여전히 대장암 치료의 핵심 과제로 꼽히는 이유다.