Application of nucleoside analogue labelling to study the cell cycle of xenografted PDAC cell lines in the chorioallantoic membrane model.
본 연구는 융모양막(CAM) 모델이 이종 이식된 췌장관 선암종(PDAC) 세포의 세포 주기 역학을 분석하기 위한 가치 있는 플랫폼임을 입증하는 동시에, 배아 14일 이후 비증식성 닭 세포의 세포질에 합성 뉴클레오사이드가 축적되는 이전에 확인되지 않았던 혼란 현상을 밝혀냈다.
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암이 어떻게 성장하는지 이해하기 위해, 과학자들은 종종 개별 세포가 분열하고 증식하는 과정을 관찰해야 합니다. 살아있는 몸 안에서는 침습적인 절차 없이 이를 관찰하기 어렵기 때문에, 연구자들은 이 과정에 대한 창을 제공하는 대안적인 모델로 자주 눈을 돌립니다. 그러한 모델 중 하나가 바로 병아리 배아, 구체적으로는 알 내부에서 발달하는 얇고 혈관이 풍부한 막인 융모막(chorioallantoic membrane)입니다. 이 막은 과학자들이 인간 종양 세포를 배치하고 그것들이 작은 덩어리, 즉 이종 이식편(xenografts)으로 성장하는 것을 관찰할 수 있는 천연 인큐베이터 역할을 합니다. 배아는 투명하고 막에 쉽게 접근할 수 있기 때문에, 연구자들은 표면에 물질을 직접 도입하고 종양 세포가 실시간으로 어떻게 반응하는지 관찰할 수 있습니다. 세포 분열을 추적하기 위해, 과학자들은 DNA의 구성 성분처럼 보이는 특수한 화학적 표지(chemical tags)를 사용합니다. 세포가 유전 물질을 복제할 준비를 할 때, 세포는 이 표지들을 잡아 새로운 DNA 속에 통합시키며, 이는 현미경 아래에서 빛을 발하게 됩니다. 이를 통해 연구자들은 정확히 몇 개의 세포가 어느 순간에 분열하고 있는지 셀 수 있습니다.
벨기에의 한 연구팀은 이 병아리 배아 모델이 공격적인 성장과 치료 저항성으로 알려진 질병인 췌장암의 세포 주기를 연구하는 데 사용될 수 있는지 테스트하기 위해 연구를 시작했습니다. 그들은 세 가지 다른 유형의 인간 췌장암 세포를 가져와 발달 중인 병아리 알의 막 위에 배치했습니다. 그들의 목표는 이 화학적 표지들을 사용하여 분열하는 인간 종양 세포를 표시하고, 이를 빠르게 분열하는 병아리 배아 자체의 세포와 구별할 수 있는지 확인하는 것이었습니다. 연구팀은 이 모델이 종양을 키우는 데 적합하다는 것을 발견했는데, 종양은 알 내부에서도 특유의 형태와 행동을 유지했습니다. 그들은 또한 화학적 표지를 사용하여 분열하는 인간 암세포를 성공적으로 표시할 수 있음을 입증했지만, 두 종류의 세포 모두 분열 시 화학적 표지를 흡수하기 때문에 인간 세포와 병아리 세포를 구별할 수 있는 새로운 방법을 개발해야 했습니다. 연구팀은 인간 단백질에만 달라붙는 특정 항체와 이미지를 분석하는 고급 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여, 인간 종양 세포를 주변의 병아리 조직으로부터 정확하게 분리해 낼 수 있었습니다.
하지만 연구진이 실험을 더 밀어붙였을 때, 그들은 놀랍고도 이전에 알려지지 않았던 생물학적 현상을 우연히 발견하게 되었습니다. 연구진이 더 오래된 배아, 구체적으로는 발생 14일 이상 된 배아에 화학적 표지를 사용했을 때, 기대했던 분열 세포의 빛나는 핵 외에도 특정 병양 세포의 세포질(cytoplasm)—세포의 젤리 같은 내부—안에 화학적 표지가 밝게 모여 있는 것을 관목했습니다. 이 세포들은 분열하고 있는 것이 아니었습니다. 즉, 새로운 DNA를 만들기 위해 표지를 잡고 있는 것이 아니었습니다. 대신, 표지들은 세포체 내의 작은 알갱이 같은 구조 안에 모여 있는 것처럼 보였습니다. 이 현상은 여러 종류의 화학적 표지에서 나타났으며, 이는 이것이 실험적 오류가 아니라 일관된 생물학적 특징임을 시사했습니다. 연구진은 이 세포들이 무엇인지 신중하게 조사했습니다. 그들은 이 세포들이 외부 침입자를 제시하도록 설계된 면역 세포가 아니라는 점을 확인했는데, 해당 역할을 수행하는 데 필요한 특정 마커가 없었기 때문입니다. 또한, 이 세포들이 외부 입자를 수집하는 것으로 알려진 혈소판도 아니라는 점을 확인했는데, 세포에 혈소판 마커가 나타나지 않았기 때문입니다.
증거는 이 세포들이 과립으로 가득 차 있으며 면역 체계에서 역할을 하는 조류 특유의 백혈구인 헤테로필(heterophils)이라는 점을 가리켰습니다. 연구진은 이 세포들이 배아의 간과 막 조직에서 나타나며, 배아가 나이가 들수록 그 수가 증가한다는 것을 관찰했습니다. 이 발견은 중요한 의미를 갖는데, 미래의 연구에 잠재적인 함정을 드러내기 때문입니다. 만약 과학자들이 더 오래된 배아에 이러한 화학적 표지를 사용한다면, 표지들이 분열하는 종양 세포로 들어가는 대신 이러한 면역 세포 안에 갇힐 수 있습니다. 이는 연구자들이 실제로 분열하는 종양 세포보다 적은 수가 분열하고 있다고 오해하거나, 면역 세포를 암세포로 혼동하게 만들 수 있습니다. 이 연구는 결론적으로, 병아리 배아 모델이 암의 성장을 관찰하는 강력한 도구이긴 하지만, 연구자들은 언제 이를 사용할지에 대해 주의를 기울여야 한다고 밝힙니다. 세포 분열에 관한 가장 정확한 결과를 얻으려면, 과립이 가득 찬 세포들이 측정을 방해할 만큼 많아지기 전인 14일 이전 단계에서 실험을 수행해야 합니다. 이 발견은 암 연구를 위한 이 모델을 정교하게 다듬을 뿐만 아니라, 살아있는 세포가 합성 화학 물질을 처리하는 설명되지 않은 새로운 방식을 보여줌으로써, 신체가 이러한 물질을 어떻게 처리하는지에 대한 추가 조사의 문을 열어주었습니다.
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