Exploring the interaction between extracellular matrix components of bone marrow and prostate cancer cells in a novel 3D model

암이 원래 부위에서 뼈로 전이될 때, 암세포는 종종 골수라고 불리는 깊고 보호적인 층 속에 숨어듭니다. 이 환경은 단순히 수동적인 저장 공간이 아니라, 살아있는 세포들과 세포외 기질(extracellular matrix)이라고 알려진 끈적한 구조적 틀로 가득 찬 복잡한 이웃 동네와 같습니다. 이 틀을 동네를 지탱해 주는 비계(scaffolding)라고 생각하십시오. 과학자들은 수년 동안 골수 속에 숨어 있는 암세포가 휴면 상태, 즉 잠에 빠져 표준 화학 요법 약물로부터 보이지 않게 될 수 있다는 사실을 알고 있었습니다. 연구자들이 암세포가 이웃 세포들과 어떻게 대화하는지에 대해서는 연구해 왔지만, 이 세포들이 끈적한 비계 자체와 상호작용하는 구체적인 방식은 여전히 미스터리로 남아 있었습니다. 이러한 상호작용을 이해하는 것은 매우 중요한데, 왜 일부 환자들이 치료 후 몇 년이 지나 암세포가 깨어나 새로운 위험한 종양을 일으키며 재발하는지를 설명해 줄 수 있기 때문입니다.

로체스터 대학교 의료 센터의 연구팀은 골수의 비계를 모방한 새로운 3차원 모델을 구축함으로써 이 퍼즐을 풀기 위해 나섰습니다. 과학자들은 인체 내에서 암세포가 어떻게 행동하는지를 반영하지 못하는 평평한 플라스틱 접시 위에 암세포를 배양하는 대신, 탯줄에서 발견되는 천연 재료로 만든 다공성 스펀지를 만들었습니다. 그들은 이 재료에서 모든 살아있는 세포를 제거하여 골수의 환경과 유사한 구조적 단백질만을 남겼습니다. 그런 다음 두 종류의 흔한 전립선암 세포를 이 스펀지 위에 배치하여 그들이 어떻게 반응하는지 관찰했습니다. 목표는 물리적 환경만으로 암세포의 성질을 변화시켜 약물에 저항하게 만들거나, 더 위험한 줄기세포와 같은 상태로 변화시킬 수 있는지 확인하는 것이었습니다.

결과는 스펀지의 환경이 암세포에 심대한 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 세포들이 이 3차원 구조 내에서 자랄 때, 그들은 도세탁셀(Docetaxel)이라는 표준 화학 요법 약물에 의해 죽기가 훨씬 더 어려워졌습니다. 또한 세포들의 성장 속도가 느려지며, 체내에서 치료로부터 살아남을 수 있게 하는 수면 단계와 유사한 휴면 상태에 진입했습니다. 그러나 가장 놀라운 발견은 이 환경이 모든 암세포에 동일하게 작용하지 않았다는 점입니다. DU145로 알려진 한 종류의 전립선암 세포는 정체성이 변하기 시작했습니다. 스펀지 위에서 일주일 동안 머문 후, 전체 세포의 약 5%에 해당하는 작은 세포 집단이 암 줄기세포의 표지를 나타내기 시작했습니다. 이들은 종양 내에서 새로운 성장을 시작하고 치료에 저항할 수 있는 독특한 능력을 가진 희귀한 세포들입니다. 그들이 테스트한 다른 유형의 세포인 PC-3는 이러한 변화를 겪지 않았으며, 이는 세포의 변화 능력은 특정 암세포의 유형에 따라 달라질 수 있음을 시사합니다.

연구진은 이 변화된 세포들이 실제로 더 위험한지를 확인하기 위해, 변화된 작은 세포 집단을 쥐에게 주입했습니다. 그들은 이 세포들이 원래의 변하지 않은 암세포보다 훨씬 적은 수로도 새로운 종양을 시작할 수 있다는 것을 발견했습니다. 원래의 세포들은 종양을 형성하기 위해 백만 개가 필요했던 반면, 변화된 세포들은 단 몇 천 개만으로도 종양을 시작할 수 있었습니다. 더욱이, 이 새로운 종양들을 조사했을 때, 이들은 더 공격적으로 퍼져나가는 징후를 보였습니다. 세포들의 모양 또한 변하여 더 길쭉하고 유연해졌는데, 이는 암세포가 몸을 이동하는 데 도움을 주는 물리적 변화입니다. 이는 골수의 비계가 단순히 암세포를 은신처로 제공하는 것 이상으로, 세포 중 일부를 더 강인하고 위험한 형태로 재프로그래밍할 수 있음을 시사합니다.

이 연구는 골수의 물리적 구조가 전립선암의 행동에 결정적인 역할을 한다는 점을 강조합니다. 실제 구조를 정확하게 모방한 모델을 만듦으로써, 연구진은 환경 자체가 어떻게 암세포를 유발하는지 관찰할 수 있었습니다. 그들은 세포와 비계 사이의 상호작용이 휴면 상태와 줄기세포와 같은 정체성으로의 변화를 유도할 수 있음을 관찰했는데, 이는 치료 저항성의 핵심 요소입니다. 연구진은 비계의 정확히 어떤 부분이 이러한 변화를 일으키는지 여전히 식별해야 한다고 언급했지만, 그들의 작업은 명확한 경로를 제시합니다. 이는 암의 재발을 막기 위해서 의사들이 암세포뿐만 아니라 암세포가 숨고 진화할 수 있게 해주는 특정한 환경까지도 표적으로 삼아야 할 수도 있음을 시사합니다. 이 새로운 모델은 암과 그 보호적인 집 사이의 연결을 끊는 방법을 테스트할 수 있는 강력한 도구를 제공하며, 잠재적으로 전이성 질환을 치료하는 더 나은 방법을 이끌어낼 수 있습니다.