피 한 방울로 암 '도시' 지도 그렸다…면역항암제 효과 예측까지

미국 스탠퍼드대 연구진이 혈액 검사만으로 종양의 내부 구조를 지도로 그리고, 면역항암제 치료 반응까지 예측하는 혁신적인 기술을 개발했다.

지난 6일(현지시간) 스탠퍼드대학교 아론 뉴먼 교수 연구팀은 국제학술지 '네이처(Nature)'에 이 같은 내용의 연구 논문(Non-invasive profiling of the tumour microenvironment with spatial ecotypes)을 게재했다고 바이오 전문매체 바이오온이 15일 보도했다. 이번 연구의 제1저자는 장우빙(Wubing Zhang) 박사다.

연구팀은 종양을 암세포, 면역세포, 혈관 등이 복잡하게 얽힌 하나의 '미세도시'로 간주했다. 기존에는 침습적인 조직검사를 통해서만 종양 미세환경을 일부 확인할 수 있었지만, 종양 전체의 구조를 파악하기는 어려웠다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 다중 모드 머신러닝 프레임워크를 개발했다. 1000만 개 이상의 암세포 및 공간 전사체 데이터를 통합 분석해, 암의 종류와 상관없이 보편적으로 나타나는 9가지 '공간 생태형(spatial ecotypes, SE)'을 규명했다.

이 공간 생태형은 종양 도시 내에서 특정 기능을 수행하는 '기능 구역'과 같다. 예를 들어 항암 면역세포가 거의 없는 '면역 사막' 구역, 반대로 면역세포가 밀집한 '면역 요새' 구역 등으로 나뉜다. 연구 결과, 이러한 공간 생태형의 종류와 비율은 환자의 예후 및 면역관문억제제 치료 반응과 밀접한 관련이 있었다.

특히 이번 연구의 가장 큰 성과는 종양의 공간 정보가 혈액 속을 떠다니는 '세포유리DNA(cfDNA)' 조각에 암호화되어 있다는 사실을 밝혀낸 점이다. 연구팀은 딥러닝 모델을 이용해 혈액 속 cfDNA의 메틸화 패턴을 분석함으로써, 종양 내 공간 생태형의 구성 비율을 비침습적으로 파악하는 데 성공했다.

연구팀이 100여 명의 흑색종 환자를 대상으로 검증한 결과, 혈액 검사로 얻은 '공간 생태형 지도'는 실제 종양 조직검사 결과와 매우 높은 일치도를 보였다. 또한 혈액에서 '면역 요새' 형태의 공간 생태형이 풍부하게 관측된 환자일수록 면역항암제 치료에 긍정적인 반응을 보일 확률이 높았다.

이번 연구는 액체생검 기술을 통해 종양의 공간적 면역 환경을 비침습적으로 분석하는 새로운 길을 열었다는 평가를 받는다. 앞으로 혈액 검사만으로 종양의 '면역 활성도'를 평가하고 치료 효과를 예측하며, 내성 발생 여부를 추적하는 정밀의료 시대가 앞당겨질 것으로 기대된다.