의과대학 백문창 교수팀은 하버드 의과대학과 공동연구를 통해 세포 아바타로 불리며, 암과 같은 질병의 진단·치료에 효과적인 역할을 하는 ‘엑소좀’을 동시에 분리하고 정량할 수 있는 시스템을 개발했다. 특히 이번 시스템은 낮은 농도의 엑소좀으로도 분리·정량이 동시에 가능해 소량의 혈액이나 다양한 세포 유래 배양액으로 암을 진단·치료할 수 있는 기반을 마련하게 됐다.

엑소좀은 대부분 세포에서 분비되는 100nm 크기의 나노 입자로, 단백질과 RNA를 포함하고 있어 이를 분비한 세포의 성질 및 상태를 대변해 줄 수 있는 아바타(Avatar) 역할을 한다.

엑소좀을 분리하고 정량하는 것은 엑소좀 연구를 위한 필수적인 준비 단계다. 보통 엑소좀 연구를 위해 엑소좀 분리 기술 또는 엑소좀 정량 기술 중 한 가지 기술만 개발되어 왔다. 하지만 분리 과정에서 낮은 분리 효율과 함께 시간과 노력이 많이 들고 다양한 부피에 광범위하게 적용하지 못하는 단점이 있다. 정량 과정도 많은 양의 엑소좀을 소모해 엑소좀 연구 시작 단계부터 많은 어려움이 있다.

공동연구팀은 엑소좀의 분리와 정량 방법을 개별 과정이 아닌 하나로 통합해 연구에 바로 사용할 수 있는 시스템을 개발했다. 기존 정수기 필터에 사용되는 필터 방식인 접선 유동 여과(tangential flow filtration) 필터 두 개를 연결해 50~200nm 크기의 엑소좀을 고순도로 분리하고, 분리된 엑소좀을 곧바로 광 산란 방식을 이용해 정량화했다.
공동연구팀은 이번 연구를 통해 기존 대비 최소 10배 이상의 순도로 엑소좀을 분리하고, 약 20배 이하의 낮은 농도에서 엑소좀의 농도를 정량할 수 있었다. 이를 활용해 세포배양 초기 단계부터 엑소좀을 분리 및 정량해 세포의 엑소좀 분비 거동을 자세히 연구할 수 있고, 유방암 쥐 모델로부터 채혈한 소량의 혈액 즉, 혈액 한 방울(50~100 μL) 보다도 적은 양(약 15 μL)으로도 혈액 내 엑소좀 농도 변화와 암세포 관련 엑소좀 단백질 수준의 변화를 모니터링 할 수 있었다고 연구팀은 설명했다.

백문창 교수(경북대 세포기질연구소장)는 “이번 연구 결과는 엑소좀의 분리와 정량을 하나의 시스템으로 통합한 최초의 연구이다. 특히 개발된 시스템은 기존에 검출하지 못했던 낮은 농도의 엑소좀을 분리 및 정량할 수 있기 때문에 세포배양액, 혈액 등 다양한 시료에서 기존에 얻을 수 없었던 새로운 정보를 얻을 수 있다. 즉, 소량의 혈액으로부터 엑소좀을 얻어 진행하는 암 진단 연구와 줄기세포나 면역세포에서 얻은 엑소좀을 이용해 진행하는 암 치료 연구의 산업화에 박차를 가할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견 연구 과제의 지원을 받아 수행됐고, 교신 저자는 백문창 교수, 제1저자는 배주현 박사과정생, 주요 공동연구원은 하버드 의과대학의 이학호 교수이다. 연구 결과는 엑소좀 분야 최고 수준의 국제학술지 ‘저널 오브 익스트라셀률라 베지클스(Journal of Extracellular Vesicles, IF=15.5)’ 7월호에 게재됐다.