72시간 후 단 한번 측정으로 약물 효과 결정하는 기존 방법 정확하지 않아
밴더빌트 대학교 연구진은 어떤 성분이 세포 내에서 항암 활성 작용을 하는지를 검사하는 주요한 방법에 결함이 있다는 연구결과를 발표했다. 그들의 연구결과는 과학계와 제약업체가 새로운 항암 신약을 발견하기 위해 사용하는 방법에 대해 의문을 제기하고 있다.

암 치료제 후보물질은 90% 이상이 수백만 불이 들어가는 임상시험의 후기 단계에서 탈락한다고 밴더빌트 대학교의 정량적 시스템 생물학 센터 소장인 비토 콰란다는 말했다. 시험관 약품 개발 계량에 하자가 있는 것이 책임을 져야 할 유일한 요인은 아닐 수가 있지만 그 영향은 추산해볼만한 가치가 있는 듯하다고 그는 부언했다.

콰란다와 그의 동료들은 어떤 성분이 세포 증식에 미치는 영향을 측정하는 새로운 계량방법을 개발했다. 약물 유도 중식(DIP) 비율이라 불리는 방법으로 기존의 방법에 내재한 결함이 있는 바이어스를 극복한 방법이라고 한다. 30년이 넘는 세월 동안 과학자들은 어떤 물질을 세포에 투여해서 72시간 후에 얼마나 많은 세포가 살아있는지를 세어서 그 물질의 세포를 죽이는 능력을 평가했다. 그러나 특정한 시점의 세포수를 단 한번 측정하는 이런 증식 어세이는 기하급수적인 세포 증식으로 야기되는 바이어스를 고려하지 않는다고 이번 연구의 공동저자로 암 생물학 연구 조교수인 대런 타이슨 박사가 말했다.

세포들은 균일하지 않고 모두 다 기하급수적으로 증식하지만 증식하는 비율은 다르다고 암 생물학 교수인 콰란타는 말했다. 72시간 뒤에 어떤 세포들은 3배로 늘어나지만 다른 세포들은 2배도 늘어나지 않을 수가 있다고 그는 설명했다. 게다가 약물은 모든 세포주에 똑같은 방법으로 작용하지 않는다고 그는 말했다. 예를 들면, 어떤 약물이 어떤 세포주에는 즉각적인 영향을 미칠 수가 있지만 다른 세포주에는 그 영향이 지체될 수가 있다.

시간에 종속되지 않는 약물 유도 중식 비율을 이용한 측정방법
콰란타의 연구진은 암 생물학 조교수로 계산 생물학자인 칼로스 로페즈와 긴밀하게 협력해서 실험과 수학적 모델 개발을 혼합한 시스템 생물학적 방법을 이용해서 정지상태의 증식 어세이에 내재한 시간에 종속된 바이어스를 밝혀내고 시간에 종속되지 않는 DIP 비율 계량방법을 개발해냈다. 이 문제에 있어서는 시스템 생물학이 해답이라고 콰란타가 말했다. 시스템 생물학은 세포와 생명체를 역동적인 시스템으로 이해하는 것이라고 그는 설명했다.

이번 연구결과는 수천 개의 세포주가 수백 가지 물질에 나타내는 반응을 포함한 데이터 세트를 구축하려는 최근의 국제적인 노력에 비추어 볼 때 특별한 중요성을 갖고 있다고 콰란타는 말했다. 암세포주 백과사전(CCLE)과 암 세포에 대한 약물 감도 및 유전체학(GDSC) 데이터베이스들은 각 세포주의 분자구조를 상세히 밝힌 유전체 및 단백질 데이터와 더불어 약물 반응 데이터를 포함하고 있다.

목표는 특정한 구조를 갖고 있는 이 특정한 세포주들이 이런 유형의 물질에 민감하다는 것과 같은 통계적인 상호관계를 찾아내어 이 대규모 데이터베이스를 이용해서 암을 치료하는 새로운 표적물을 찾아내는 것이라고 콰란타는 말했다. 만약 세포들의 약물 민감도를 평가하는 측정 지표가 틀렸다면 찾아낸 통계적인 상호관계가 기본적으로 옳지 않다고 그는 부언했다. 연구진은 4가지 다른 흑색종 세포주가 일반적으로 흑색종을 치료하는 데 사용하는 약물인 베무라페닙에 대한 반응을 표준 측정 지표와 약물 유도 중식 비율을 이용해서 평가해보았다.

그들은 1가지 세포주에서 2가지 측정 지표 간에 뚜렷하게 어긋나는 점이 있는 것을 발견했다. 즉 첫 번째 방법으로는 그 세포주가 베무라페닙에 대해 아주 민감한 것을 나타났지만 두 번째 방법으로는 그렇지 않은 것으로 나타난 것이다. 잠깐 동안 약물에 민감한 반응이 나타났지만 즉시 반전되어버렸는데 그로 인해 정지 상태에서 측정하는 표준 측정 지표는 오류를 범했지만 연구진이 개발한 약물 유도 중식 비율을 이용한 측정방법은 오류를 범하지 않은 것이라고 한다.

세포증식 억제 약물, 세포에 독성 있는지도 발견해낼 수 있어
이런 연구결과는 베무라페닙으로 치료한 흑색종 종양이 재발하게 될 것을 시사하는데 실제로 종양이 재발해서 연구가들을 난처하게 만드는 것이라고 콰란타는 말했다. 약물 유도 중식 비율 분석법이 그런 난처한 일을 해결해서 더 나은 치료방법을 찾아내도록 해줄 수 있을는지도 모른다고 그는 부언했다. 약물 유도 중식 비율을 이용한 측정방법은 또 다른 장점이 있다. 즉 어떤 약물이 단지 세포증식을 억제하는지가 아니라 정말로 세포에 독성이 있는지를 발견해낼 수가 있는 점이다. 비록 세포증식 억제 약물이 처음에는 유망한 치료 효과를 나타낼 수 있을는지도 모르지만 종양 세포를 살려두어 암이 재발하도록 할 가능성이 있는 것이다.

콰란타는 자동화와 로봇 공학과 현미경 검사와 영상 처리 분야의 발전으로 인해 약물 유도 중식 비율을 이용한 측정방법이 가능한 것에 주목했다. 그의 연구진은 이번 논문에서 하이퍼링크를 통해 다른 연구가들도 사용할 수 있는 소프트웨어 꾸러미를 개발했다. 콰란타는 밴더빌트 공업기술 이전 및 상업화 센터와 협력해서 이 소프트웨어를 더 개선해서 연구가들이 약물을 발견하는 데 활용할 수 있는 방법을 모색하고 있다고 한다.

출처: L. A. Harris et al., "An unbiased metric of antiproliferative drug effect in vitro" Nat Methods. 2016 May 2. doi: 10.1038/nmeth.3852.