암 수술 후에도 환자들은 암세포가 실제로 모두 제거됐을까, 일부가 남아있어 계속 자라지는 않을까 걱정을 한다.
이런 걱정을 덜기 위해서는 암이 의심되는 조직을 정확하게 찾아내 말끔하게 제거하는 것이다. 병리학자들은 일반적으로 의심되는 조직을 떼어낸 뒤 얇게 잘라서 현미경으로 분석하는 방법을 사용한다.
최근 오스트리아 비엔나 과학기술대와 뮌헨 과학기술대 연구팀은 이런 기존의 방법을 뛰어넘어, 병리학에 혁명을 일으킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 특수 초정밀 현미경(ultramicroscope)으로 떼어낸 종양 조직을 투과해 조명하는 방식이다.
이 방법을 사용하면 종양을 얇게 자를 필요 없이 모든 조직을 3차원으로 분석함으로써 진단의 신뢰성을 크게 높일 수 있다는 것이다. 이 기술은 과학 저널 ‘사이언티픽 레포츠’(Scientific Reports) 19일 자에 발표됐다.
종양 조직을 울트라현미경에서 광 시트로 조명하고 있는 모습. ©TU Wien
“현재는 전체 종양 부피의 1000분의 1만 검사돼”
논문 시니어 저자인 비엔나 과학기술대 한스-울리히 도트( Hans-Ulrich Dodt) 교수는 “현재는 떼어낸 종양이 건강한 조직층에 둘러싸여 있는지를 현미경 하에서 확인한다”며, “긍정적인 상태로 확인되면 환자는 회복하는 데만 신경을 쓰면 된다”고 말했다.
만약 그렇지 않다면 후속 수술이나 추가 방사선 요법을 받을 수 있고, 특히 유방암 수술 후에 이런 일이 자주 발생하는 것으로 알려져 있다.
문제는 이런 식으로 전체 종양을 완전히 검사하는 것이 불가능하다는 점이다. 도트 교수는 “종양 검사를 위해 일반적으로 약 4마이크로미터 두께의 단편이 5㎜마다 만들어지는데, 이는 전체 종양 부피의 약 1000분의 1만이 실제로 검사된다는 것을 의미한다”고 지적했다.
의심이 가는 중요한 부위에서는 간격을 더 미세하게 쪼개서 검사할 수 있으나, 이런 방식으로 전체 조직을 살펴보는 것은 불가능하다는 것이다.
3차원으로 나타낸 종양의 모습. ©TU Wien
조직을 투명하게 살펴보는 울트라현미경
논문 제1저자로 비엔나 과학기술대와 비엔나 메드유니(MedUni) 뇌연구센터의 이나 사브듀시바(Inna Sabdyusheva) 연구원은 울트라현미경술(ultramicroscopy)이라는 특수 기술을 이용해 전체 종양을 3차원으로 확인할 수 있음을 보여주었다.
사브듀시바 연구원은 유방암 조직을 ‘맑게 보이게 하는(clear)’ 화학적 과정을 개발했다. 이 과정을 거치면 암 조직이 투명해지지만 구조는 변하지 않기 때문에 암세포를 인식할 수 있다.
그런 다음 울트라현미경으로 투명하게 된 샘플을 조사하게 된다. ‘광 시트(light sheet)’로 불리는 레이저 빔의 얇은 층이 조직을 관통하게 되는데, 이때 샘플을 층별로 분석해 컴퓨터 화면에 종양의 모든 부위가 표시된다.
이 같은 방식으로 이전에는 불가능했던 샘플 조직에 대한 통찰이 가능해졌다. 예를 들면 유방암 조직 샘플에서 유관이 암세포에 의해 막힌 것을 확인할 수 있다는 것.
사브듀시바 연구원의 작업 기반이 된 화학 공정은 논문 공저자인 비엔나 과학기술대의 클라우스 베커(Klaus Becker) 연구원이 개발했다.
또 특별히 길고 얇은 광 시트를 생성할 수 있는 특수 광학 시스템은 같은 연구그룹의 사이디 사가피(Saideh Saghafi) 연구원이 구축했다. 이 시스템은 이번 연구에서 특히 중요한 부분으로, 현미경술의 해상도는 광 시트가 얼마나 얇은가에 달려있기 때문이다.
이번 연구 조사는 대부분의 유방암 종양 조직을 제공한 뮌헨 과학기술대 병리학 연구소와 긴밀한 협력 하에 수행됐다. 비엔나 종합병원 외과에서도 일부 다른 유형의 종양 조직을 제공했다.
유방암에서는 암 조직을 제거해도 간혹 일부가 남아있어 후속 수술이나 방사선 치료를 받아야 하는 경우가 종종 생기는 것으로 알려져 있다. 사진은 맘모그램 유방촬영술로 찍은 유방과 유방암 모습. ©WikiCommons / Bakerstmd
“병리학에서 혁명 일으킬 것”
한스-울리히 도트 교수는 “이 방법이 병리학에 혁명을 일으킬 것이라고 확신한다”며, “이전보다 짧은 시간 안에 검사의 신뢰성을 높일 수 있으며, 앞으로 암 발생에 대해 완전히 새로운 통찰력을 제공하게 될 것”이라고 단언했다.
이제 환자의 수술 검체에서 암세포 확산을 3차원으로 표시하는 것이 처음으로 가능해졌기 때문에 종양생물학에서의 이해도도 크게 발전할 것이라는 전망이다.
연구팀은 새로운 3D 종양 현미경 검사가 병리학 작업을 휠씬 용이하게 만들 것이라고 보고 있다. 도트 교수는 “병리학자들은 현미경으로 수많은 조직 부위를 검사하는 대신 오늘날의 방사선과 의사들처럼 마우스로 컴퓨터 이미지를 옮겨가며 분석을 할 수 있다”고 설명했다.
또한 이 과정에서 생성되는 엄청난 양의 영상 데이터는 의료 인공지능 분야에서 완전히 새로운 기회를 창출할 수도 있다는 것. 도트 교수는 “이런 컴퓨터 프로그램은 앞으로 종양 진단 속도를 크게 높이고 단순화시킬 것”이라고 밝혔다.
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