인체의 림프절은 면역 체계의 탄광에 있는 카나리아와 같다. 질병의 첫 징후가 나타나면 즉시 작동을 시작한 다음 감염 및 질병과 싸우기 위해 신체에서 필요한 곳에 면역 세포를 보낸다. 매년 전 세계적으로 약 2천만 명이 암 진단을 받는데, 림프절은 암세포가 다른 기관으로 퍼지기 시작할 때 암이 전이되었는지 여부를 알려주는 귀중한 초기 지표이다. 전이를 가능한 한 빨리 발견한다는 것은 환자에게 필요한 화학요법과 면역 요법을 투여하여 예후를 크게 향상시킬 수 있다는 것을 의미한다.

사우스케롤라이나대학(USC)의 Alfred E. Mann 생의학 공학과 연구원들은 면역 세포 또는 단핵구를 탈 수 있는 새로운 나노입자를 개발했다. 크기가 작기 때문에 입자는 림프절에 직접 태그를 붙일 수 있으며 그렇지 않으면 감지하기 너무 어려운 MRI에서 전이를 확인하는데 도움이 된다. 그리고 림프절의 MRI 암 선별검사를 개선하기 위해 환자에게 주입할 수 있는 보다 발전된 조영제를 개발할 수 있게 되었다.

이 연구는 ACS Nano에 게재되었으며 Karl Jacob Jr. 박사이자 Karl Jacob III Early-Career 의장인 정은지 박사와 Ph.D. Noah Trac이 주도했습니다. 정 연구실 학생입니다.

림프절은 암 발견에 필수적인 요소이지만 생검을 통한 선별은 고통스럽고 침습적이며 감염, 림프부종, 혈전증과 같은 원치 않는 부작용을 초래할 수 있다. MRI 감지와 같은 영상 도구는 비침습적이다. 그럼에도 불구하고 림프절 검사에 있어서는 상당한 단점이 있다.

정은지 교수는 "MRI는 림프절의 크기를 확인하지만 그것이 전이성이라는 점과는 크게 상관관계는 없습니다. 감기에 걸리더라도 림프절에 염증이 생기기 시작합니다." 라고 말했다. 또한 "현재 MRI 기술의 주요 문제는 면역 세포를 감지하지 못한다는 것이 아닙니다"라고 또 다른 연구원이 부원설명했다.

현재 조영제의 가장 큰 문제는 암을 표적으로 하는 메커니즘이 없기 때문에 암 유무에 관계없이 대부분의 림프절이 고르게 빛난다는 것이다. 이러한 과제를 해결하기 위해 Chung, Trac 및 공동 저자는 종양 세포와 면역 세포 단핵구(림프절로 이동하고 질병 조건에서 점점 더 널리 퍼지는 세포)에 존재하는 수용체를 표적으로 하는 나노입자를 개발했다. 이 나노입자 뒤에 있는 아이디어는 가돌리늄 조영제를 암이 있는 림프절에 전달하여 건강한 림프절보다 MRI에서 더 밝게 나타나도록 하는 것이다.

진단 도구는 또한 의사가 초기 암 진단 중 최초 전이를 발견할 수 있을 뿐만 아니라 임상의가 암 재발을 추적할 수 있도록 강력한 임상적 가치를 제공할 것이다. 원발성 종양이 제거되었지만 종양이 모두 제거되지 않았거나 암이 재발하여 두 번째로 전이되었다고 가정해보자. 재발성 전이는 감지하기가 훨씬 더 어렵고 환자에게 더 나쁜 결과를 초래할 수 있다.

암을 밝히기 위해 차를 타고 히치하이킹
나노입자는 CC 케모카인 수용체 2(CCR2)로 알려진 암세포에서 발현되는 단백질을 표적으로 삼아 작동한다. 입자는 암에 반응하여 동일한 수용체를 발현하는 신체가 생성하는 면역 세포 단핵구에 "히치하이크"한다. 그런 다음 단핵구는 입자를 림프절로 무임승차시켜서 입자가 전이성 암세포를 효과적으로 강조하고 MRI를 통해 보다 명확하게 감지할 수 있도록 한다.

정 교수는 “이 메커니즘이 작동하는 이유는 표적 요소 외에 입자 크기도 매우 독특하고 림프절에 도달할 수 있기 때문입니다. 우리 연구진은 크기 제한이 있다는 것을 발견했으며 우리의 입자 유형은 이 수용체를 발현하는 단핵구와 함께 림프절 및 그곳에 도달한 표적 암세포를 통과할 수 있습니다." 라고 말했다.

이 프로세스는 림프절의 암 전이를 조기에 발견하는 데 획기적인 이점을 제공한다. 이전에는 림프절 크기의 증가를 통해서만 전이를 평가할 수 있었다. 새로운 Chung Lab 입자는 정상으로 보일 수 있는 림프절의 전이 세포를 강조할 수 있는 MRI 조영제로 이어질 수 있다. 연구팀은 쥐 모델을 이용한 실험에서 입자가 MRI에서 감지한 신호를 최대 50%까지 증가시키는 것을 입증했다.

"입자가 신호를 증폭시키고 있으며 림프절의 크기가 아직 변하지 않았고 전이가 매우 초기인 지점에서 이를 확인할 수 있습니다. 임상적으로 불가능한 곳에 진단의 이점을 제공하고 있습니다."라고 정은지 박사는 말했다.

연구팀의 다음 단계는 MRI 조영제의 임상 적용에 더 가깝게 작업을 수행하는 것이다. 이 연구는 국립보건원(National Institutes of Health)의 나노입자 특성화 연구소(Nanoparticle Characterization Laboratory)에 제출되었으며, 제3자가 이 연구를 평가하고 검증하여 인간 실험에 더 가까워질 수 있도록 할 것이다.

참조:
Noah Trac, Zixi Chen, Hyun-seok Oh, Leila Jones, Yi Huang, Joshua Giblin, Mitchell Gross, Naomi S. Sta Maria, Russell E. Jacobs, Eun Ji Chung. MRI Detection of Lymph Node Metastasis through Molecular Targeting of C–C Chemokine Receptor Type 2 and Monocyte Hitchhiking. ACS Nano, 2024; 18 (3): 2091 DOI: 10.1021/acsnano.3c09201