PDP, 살균기 등에 이용되는 플라즈마가 암 치료에서도 효과가 우수하다는 연구 결과가 나왔다.
아주대병원 이비인후과 김철호 교수가 플라즈마가 암 세포를 억제한다는 사실을 확인하고 다양한 암세포를 효율적으로 사멸시킬 수 있는 플라즈마의 형성조건을 발표한 것이다.
김철호 교수에 따르면, 높은 전기적 자극을 가스에 주어 만들어진 플라즈마로 두경부암을 포함한 다양한 암에서 세포사멸과 세포 침습에 대한 분석을 한 결과, 플라즈마가 종양세포의 증식을 억제하고 세포형태의 변형을 일으켜 종양세포의 이동이나 침습을 효과적으로 억제하였다. 또 플라즈마가 암세포의 다양한 종양학적 특성에 관여하는 세포 부착관련 물질을 감소시키고 종양세포의 세포사멸을 강력하게 유도하며 세포주기를 억제하는 것을 확인하였다.
이 실험에 사용된 플라즈마는 실제 의료용에 적합하도록 상온 상압 환경에서 형성하였고, 산소유리기를 포함한 강력한 플라즈마 형성을 위해서 다양한 가스를 이용하고, 이곳에서 발생되는 다양한 플라즈마를 스펙트로메터라는 특수장비로 측정하여 종양세포를 사멸시키는 최적의 조건을 찾고자 하였다. 그 결과 종양세포를 사멸시키는 최적의 조건은 헬륨과 산소를 일정 분율로 처리하였을 때 안정적인 플라즈마의 형성과 최적의 항암효과가 나타남을 확인했다.
이렇게 형성한 상온 상압 플라즈마 환경에서 종양세포에 조사한 뒤 다양한 세포사멸관련 검사(MTT 분석, DAPI 염색, TUNEL 염색)를 시행한 결과, 세포사멸과 관련된 다양한 세포형태가 관찰되었고, 세포사멸 시 나타나는 TUNEL 양성세포가 증가하였고, 세포증식이 억제되는 것이 확인됐다.
그리고 종양세포의 이동 및 침습을 확인하기 위해 시행한 Transwell chamber 검사에서 종양세포의 이동이나 침습을 효과적으로 억제했다. 이에는 세포의 이동과 침습에 중요한 다양한 부착관련 물질(integrins, cadherins, focal adhesion kinase 등)이 관여하는 것을 확인할 수 있었다. 또 세포가 종양이 침습과 전이를 일으키려면 기저막을 파괴한 후 주변 기질을 녹이는 작용을 하게 되는데, 이런 현상은 일반적으로 종양세포와 주변의 간질세포에서 분비되는 heparinase, serine protease, cathepsin, matrix metalloproteinase(MMP) 등에 의해 일어나며 이중 MMP와 serine protease가 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 이번 연구결과 플라즈마가 이러한 변화를 초래하는 것 역시 확인할 수 있었다.
세포주기분석에서도 플라즈마 처리시 세포사멸을 나타내는 subG1이 증가되고 S기와 G2/M기도 처리시간에 비례하게 감소하는 것을 알 수 있어, 플라즈마 조사가 세포사멸과 세포주기를 억제하는 것을 알 수 있었다. 또한 이러한 세포사멸에는 MAPK와 연관된 caspase 의존 경로가 관여하는 것으로 확인되었고, 플라즈마 조사 시 발생하는 산소유리기가 중요하다는 것을 확인할 수 있었다.
플라즈마란 전자와 이온이 분리된 상태로 균일하게 존재하는 물질로, 생활 속에서 PDP, TV, 네온사인, 살균기 등에 널리 이용되고 있다. 의학에서 플라즈마의 효과는 살균작용, 염증작용 조절, 지혈 촉진, 상처부위 미세혈액순환 촉진, 상처부위 면역기능 강화 등이 이미 알려져 있으며, 현재 멸균, 조직재생, 각종 피부질환, 지혈과 치과질환 등에 사용하고 있다.
이번 결과에 대해 김철호 교수는 “이번 연구는 플라즈마를 이용하여 암 치료의 가능성을 확인하고 최적의 세포사멸 조건을 확립했다는 데 의미가 크다”고 설명하고 “플라즈마는 의학에서 레이저나 방사선 등 다른 치료법에 비해 조직의 손상을 최소화 한다는 점, 치료시간이 짧다는 점, 세포 내 분자의 변화와 신호전달체계의 변화를 통해 세포사멸을 억제한다는 점 등의 큰 장점이 있어 가까운 미래에 암 치료에서 매우 중요한 역할을 할 것이다”는 기대감을 나타냈다.
한편 이번 연구결과는 응용물리학 잡지인 Applied Physics letter 2010년 7월호와 생명공학 잡지 Journal of Biotechnology 2010년 12월호에 게재된 바 있다.
김동희 기자
