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“우리는 암을 완전히 없앨 수 있는 방법을 알고 있다. 사람을 쥐로 만들면 된다.” 암유전학 분야 대가인 미국 존스홉킨스의대 버트 보겔스타인 박사가 지난 4월 미국암연구학회(AACR) 연례학술대회 기조연설에서 우스갯소리로 한 말이다. 실제로 쥐는 암으로 죽는 일이 거의 없다. 암 덩어리가 작아서 항암제로 치료가 잘 되기 때문이다. 암은 작을 때, 조기에 발견하는 것만이 살 길이라는 말이 나오는 이유다. 암을 더 빨리 진단하고 효율적으로 치료하는 새로운 치료 트렌드를 알아봤다.

사람의 혈액에는 약 10~20μg의 DNA가 떠돌아다닌다. 대부분은 세포가 정상적으로 사멸하는 과정에서 떨어져 나온 DNA다. 그런데 암 환자의 경우는 여기에 암세포에서 떨어져 나온 DNA도 극소량 섞여있다. 혈류 속 DNA를 분석해 암세포에서 나온 돌연변이 DNA를 찾아내면 암을 조기에 진단할 수 있다. 이런 ‘액체 생검(Liquid Biopsy)’ 아이디어는 사실 새로운 것은 아니다. 심지어 소변, 질액, 침, 날숨에서도 유전정보를 채취할 수 있다는 뉴스가 보도됐다.

“그러기 위해서는 액체 속 극소량의 암 DNA를 민감하게 감지하고 정량화할 수 있는 기술이 필요한데 개발이 어려웠습니다. 전체 암 덩어리에서 돌연변이가 일어난 비율은 0.1~10%밖에 안 되거든요.” 유전체 분석을 통해 암 임상연구를 하는 박웅양 삼성서울병원 삼성유전체연구소장은 액체 생검이 실용화되기 어려웠던 이유를 이 같이 설명했다. 그런데 최근 5년 사이 연구가 급물살을 탔다. 가던트 헬스, 그레일 같은 글로벌 유전체 분석 전문업체들이 0.1%의 돌연변이 세포를 잡아낼 수 있는 원천기술을 개발한 것이다. 혈액 10mL를 채취하면 돌연변이 2~3개가 발견되는데 이것만으로 암을 진단할 수 있다.

이런 검사를 개발하는 데에는 다량의 DNA를 한꺼번에 해독하는 차세대 염기서열 해독 기술(NGS)이 밑바탕이 됐다. NGS는 혈류 속 돌연변이 DNA를 한꺼번에 관찰할 수 있다. 폐암처럼 기존에 알려진 암의 특정 돌연변이를 추적하는 과거의 방식보다 암을 진단하는 민감도가 훨씬 높다.


국내 임상시험 성공사례 ‘속속’
삼성유전체연구소는 이런 기술을 적용한 암 진단기기 ‘리퀴드스캔’을 개발해 췌장암 환자의 재발 여부를 조직 검사보다 2~3개월 먼저 알아내는 데 성공했다. 연구팀은 췌장암 환자 19명을 대상으로 3개월 간격으로 혈액 속 암 DNA를 관찰했다. 박 소장은 “혈액 속 DNA는 20분이 지나면 분해되기 시작한다. 몸 속 암세포의 상태를 거의 실시간으로 알 수 있는 셈”이라며 “돌연변이의 종류, 양의 추이를 통해 재발 여부를 조기에 파악할 수 있었다”고 설명했다.

혈액 생검은 환자별 항암 맞춤치료에도 쓰인다. 삼성유전체연구소는 유방암 환자 15명에 대해 수술 전 항암치료가 얼마나 효과를 보이는지 혈액을 통해 알아냈다. 유방암은 수술 전에 암 덩어리의 크기를 줄이기 위해 먼저 항암 치료를 두 달 가량 하는데, 환자 10명 중 한 명에게서는 효과가 없다. 박 소장은 “혈액 생검으로 항암 효과가 없다고 판단되면 곧바로 수술에 돌입한다”며 “혈액 생검을 활용할 수 있는 분야는 무궁무진하다”고 설명했다(아래 그림 참조).

 

유용한 임상 사례 확보가 관건
혈액 생검이 본격적으로 상용화되기 위해서는 사례를 많이 확보해야 한다. 최소한 수 년이 걸리는 일이다. 혈액 생검으로 돌연변이 DNA가 검출된 사람에게 실제로 암이 발병하는지 확인하기 위해서는 기다리는 수밖에 없기 때문이다. 그레일은 2020년까지 2만 명의 사례를 확보하는 것을 목표로 연구에 수백억 원을 투자했다.

우리나라는 지난 3월부터 암 환자가 NGS 검사를 할 수 있도록 건강보험을 적용하기 시작했다. 암 진단을 받지 않은 건강한 사람이 암 여부를 알기 위해 NGS 검사를 하는 것은 포함되지 않지만, 장기적으로는 건강한 사람에게도 확장될 가능성도 있다.

의학을 공부하다 보면 우리 몸의 치밀하고 꼼꼼한 완성도에 놀랄 때가 종종 있다. 필자는 면역학을 처음 공부했을 때가 그랬다. 몸 안의 항상성을 유지하기 위한 수많은 안전장치 중에서도, 면역력은 외부 공격으로부터 스스로를 안전하게 유지해주는 고마운 체계다. 놀라운 것은, 인간이 태어나면서부터 스스로 면역체계를 구성하게 되는데, 먼저 공격력이 있는 면역세포만 살아남게 하고(양성 선택), 그 중에서 몸을 공격할 가능성이 있는 면역세포는 죽게 만드는(음성선택) 과정을 거치며 세균이나 바이러스와 같은 외부 공격 물질만 공격하는 강성한 군대를 양성한다.


면역체계 피해가는 지독한 암
하지만 이런 면역체계도 허점을 보이는 질병이 있다. 바로 암이다. 암은 자기 자신의 세포에서 돌연변이에 의해 발생하기 때문에 대부분의 항원이 숙주의 항원과 비슷하다. 즉 면역체계가 인지하기가 어렵다. 또 암세포가 워낙 다양해서 항원 역시 종류가 많기 때문에 모든 항원을 공격대상으로 인지하고 일일이 반응하기 쉽지만은 않다. 면역체계가 인식을 한다고 해도 암은 스스로 특정 단백질을 발현하거나 신호 전달 물질인 사이토카인 등을 분출하며, 숙주의 면역체계를 피해 안전하게 영역을 넓혀나간다. 실제로 암 조직을 현미경으로 들여다보면, 암 덩어리 주위로 면역 세포들이 성을 쌓듯 둘러싸고 있는 것을 볼 수 있다. 면역체계가 암 덩어리를 공격할 대상으로 판단하면서도, 공격을 효과적으로 하지 못하고 있다는 뜻이다.

연구자들은 막혀있는 면역세포를 활용해 효과적으로 암을 궤멸시킬 방법을 반세기전부터 고민해왔다. 면역세포들을 활성화시키는 사이토카인을 직접 주사하거나, 환자의 종양침윤임파구를 분리해 실험실에서 활성화시킨 뒤 다시 환자에게 주사하는 등 다양한 시도가 있었다. 하지만 두 가지 큰 문제가 있었다. 면역체계가 암세포만을 대상으로 활성화되지 않았기 때문에 전신 부작용이 너무 심했다. 임상시험 중에 환자가 사망에 이르는 경우도 있었다. 무엇보다 이런 치료에 효과를 보이는 암종도 전체의 10%에 불과했다.

 

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in 과학동아 31년 기사 디라이브러리(정기독자 무료)
특집 3파트 ‘쓰레기 RNA가 암 정복한다’ (2015.8) dl.dongascience.com/magazine/view/S201508N004