▲ 대장암 엑소좀에 특이적으로 결합하는 DNA 압타머를 선별하는 기술인 E-SELEX(a) 및 DNA 압타머 특성화 분석(b) 모식도 / 대장암 세포 유래 엑소좀에 대한 높은 결합성 및 특이도를 지닌 DNA 압타머를 분리하기 위해 양성 및 대항 선별을 포함한 E-SELEX 수행함. 최종 얻어진 압타머 후보의 서열을 차세대 염기서열 분석(NGS)로 분석하고, 압타머의 결합 특성과 진단 및 치료 응용 가능성을 분자 및 세포 수준의 실험을 통해 평가함.(그림설명 및 그림=건국대학교 박기수 부교수)   © 특허뉴스

초기 발견이 어려운 대장암을 조기 진단할 수 있는 기술이 개발됐다. 

한국연구재단은 건국대학교 박기수 교수 연구팀이 표적 물질에 특이적으로 결합하는 압타머 선별 기술인 ‘SELEX 기술’을 활용해 대장암 조기 진단 및 치료에 활용할 수 있는 DNA 압타머를 개발했다고 밝혔다. 

압타머(Aptamer)는 단일, 이중 나선의 DNA, RNA 형태로 타깃 단백질과의 3차원적 결합을 통해 단백질의 상호작용을 억제하는 생고분자 물질이다. 

대장암은 종양 이질성이 높아 진단 및 치료가 어려운 암종으로 알려져 있다. 참고로, 종양 이질성은 종양 내 다양한 세포 집단이 존재하는 것으로, 서로 다른 세포 집단이 화학 요법 약물 또는 표적 치료에 다양한 민감도를 보이는 특징이 있다. 

대장암 예방 및 치료의 큰 발전에도 불구하고, 특정한 증상과 정확한 바이오마커의 결핍으로 대장암의 조기 발견 및 생존율 예측은 여전히 부족한 상황이다. 따라서 대장암의 효과적인 진단을 위해선 대장암에만 특이적인 바이오마커를 탐색하는 것이 매우 중요하다.

이에 연구팀은 혈액이나 복수 등 체액 샘플을 통해 종양에 대한 다양한 정보를 얻을 수 있는 비침습적인 검사방법인 ‘액체생검(liquid biopsy)’의 핵심 바이오마커로 활용되는 대장암 유래 엑소좀(exosome/세포에서 유래한 나노 단위 크기의 소포로, 세포 간 신호 전달 역할)에 특이적으로 결합하는 압타머를 발굴하기 위해 SELEX 기술을 설계 및 도입, 압타머 후보군을 대상으로 한 최적화 과정을 통해 결합 능력이 가장 우수한 압타머를 선별했다.

최종적으로 선별된 압타머는 비표적 엑소좀(정상 혈청 및 다른 암세포 유래 엑소좀)에 비해 대장암 세포 유래 엑소좀에 대한 높은 특이성을 보였으며, 혈청 또는 혈장 농도 범위 내에서 대장암 세포 유래 엑소좀을 검출하기에 충분한 감도를 갖는 것을 확인했다. 

또한, 전이성이 없는 대장암 세포를 이용해 전이성 대장암 유래 엑소좀이 세포간 신호 전달에 관여하여 발생하는 전이 능력을 확인한 결과, 압타머가 결합하면 엑소좀에 의한 신호 전달이 억제됨을 상처 치유 분석 및 세포 이동·침습 분석을 통해 입증했다. 

본 연구를 통해 개발된 기술은 대장암뿐만 아니라 다양한 고형암에 적용 가능하며, 암의 조기 진단 및 항암제 내성과 관련된 엑소좀 바이오마커 선별에 기여해 환자 맞춤형 치료를 가능케 할 것으로 예상된다.

 박기수 교수는 “엑소좀 및 압타머의 대장암 진행 및 전이에 기여하는 기전에 대한 추가연구가 필요하다”며, “압타머가 결합하는 바이오마커에 대한 정밀한 연구가 지속적으로 이루어져야 한다”고 설명했다.

▲ 어드밴스드 헬스케어 메터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’ 표지논문(Front cover) / E-SELEX를 통해 최종 선별한 압타머를 이용하여 대장암 유래 엑소좀에 대한 높은 결합성과 특이성을 기반으로, 비침습적 진단뿐만 아니라 엑소좀 매개 암 전이성을 억제하는 치료 가능성을 확인한 가치 있는 연구로 판단되어 표지논문으로 선정(그림설명 및 그림=건국대학교 박기수 부교수)   © 특허뉴스

이번 연구 성과는 생체재료/생물의학공학 분야 국제학술지‘어드밴스드 헬스케어 메터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’의 10월 27일 표지논문으로 선정되었다. 

논문명은 Development of a Novel DNA Aptamer Targeting Colorectal Cancer Cell-Derived Small Extracellular Vesicles as a Potential Diagnostic and Therapeutic Agent 이다.