얼굴과 목 부위에 발생하는 대표적 난치성 종양, 두경부암의 치료 가능성이 열렸다. 

플라즈마가 두경부 암세포의 라이소좀 활성에 관여하여 항암효능을 보인다는 세계최초의 연구결과가 발표된 것이다.

아주대학교의료원 김철호·김선용 교수팀은 플라즈마가 두경부 암세포의 라이소좀(가수분해 효소를 많이 지니고 있어 세포의 불필요한 물질들을 분해하는 세포내 소기관) 활성을 억제하여 종양치료의 효능이 뛰어남을 보고했다. 

이 연구에서는 플라즈마가 두경부 암세포의 세포소기관, 라이소좀의 활성을 저해하여 세포사멸을 유도하는 세부 과정을 밝혀냈다.

교수팀은 두경부 암세포를 플라즈마를 처리한 배양액에서 배양했다. 두경부 암세포는 24시간 이전에 세포사멸이 유발됨을 확인했다.   

이 과정에서 암 성장 및 촉진에 있어서 중요한 역할을 한다고 보고된 HSPA5 단백질이 감소됨을 확인했다. HSPA5 단백질의 감소는 세포내 라이소좀 활성의 억제를 유발시켜 세포사멸을 촉진하는 것으로 연구됐다.

플라즈마에 의한 HSPA5 단백질 감소는 유비퀴틴화에 의한 세포내 작용기전을 바탕으로 유발됨을 확인했다.

플라즈마 상태의 처리수를 두경부 암세포에 처치하면 암 성장 및 촉진에 중요한 역할을 한다고 알려진 HSPA5 단백질이 감소된다. 

이는 HSPA5가 유비퀴틴화(ubiquitination: 유비퀴틴이라는 작은 단백질이 특정 단백질에 결합하여 표시되는 과정을 일컬음. 유비퀴틴화된 단백질은 분해되거나 활성이 변화됨)된 후 분해된 것이다. HSPA5가 감소하면 라이소좀의 활성이 억제되고, 결국 암세포 사멸에 이른다.

교수팀은 기존에 MUL1 단백질이 두경부 암세포에서 특이적으로 발현이 억제되어 있지만 플라즈마에 의해 발현이 촉진됨을 보고했다. 

이번에는 플라즈마 처리수가 MUL1의 발현을 유도함과 동시에 HSPA5의 유비퀴틴화를 촉진시켜 분해를 유발시킴을 확인했다.

플라즈마는 정상조직에는 영향이 없고 암세포 특이적으로 작용하여 플라즈마를 이용한 암치료법 개발 임상연구 활성화에 기여할 것으로 보인다.

김철호 교수는 “MUL1-HSPA5 단백질의 신호체계가 두경부암 치료에 있어 새로운 표적치료 타겟이 될 수 있다”며, “뛰어난 항암효능이 있음에도 플라즈마의 작용기전에 대한 과학적 근거가 부족한 시점에서 이번 연구를 바탕으로 향후 플라즈마를 기반으로 다양한 질환치료를 위한 신의료기기 개발이 촉진될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

또 “이 연구를 통해 플라즈마를 활용한‘플라즈마 의학’연구가 활성화 될 것이다”며,“향후 플라즈마 기반 의료기기가 미래의 의료기기 시장에 중요한 위치를 차지할 것이다”고 덧붙였다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업(개인연구) 지원으로 수행됐으며, 생물학 분야 국제학술지 오토파지(Autophagy) 12월 20일자 게재됐다. 

한편 두경부암이 발생하는 부위는 음식을 삼키고, 호흡하고, 목소리를 내는 기관이기 때문에 수술이 어렵고, 치료 후 여러 가지 해부학적, 기능적 장애가 남는 경우가 많다. 따라서 새로운 치료기술과 기기의 개발이 중요하다.

플라즈마는 전자와 이온이 분리되어 균일하게 존재하는 상태로서, 흔히 고체, 액체, 기체 이외의 제4의 물질상태라고 일컫는다. 

이들은 암조직에만 특이적으로 작용하고 부작용이 거의 없어 안전하다는 점이 두드러진다. 그러나 플라즈마의 작용기전에 대한 연구 근거가 부족하여 의료기기 개발로 연계되기에는 제한이 있었다.