[KOSEN 동향] 전상(戰傷) 및 암 치료에 대한 새로운 연구

전상(戰傷) 및 암 치료에 대한 새로운 연구

New research may be used to treat cancer, heal combat wounds


최근 국방 연구 분야에서 미생물학을 응용하여 항암 치료법을 개선하고 전장에서 입은 전상(戰傷)을 치료하는 데 사용할 수 있는 최초의 컴퓨터 알고리즘 개발에 성공했다. 이번에 새로이 연구된 방식은 일렉트로포레이션 (electroporation)이라고 알려진 기술을 사용하여, 세포막에 전기장을 가하여 세포막의 투과성 (permeability)을 증가시켜 세포 내로 화학물질, 약물 또는 DNA를 주입하는 방식이다. 예를 들어, 전기 화학 요법 (electro-chemotherapy)은 일렉트로포레이션 기술을 사용하여 화학 요법이 암 세포에 바로 도달할 수 있도록 하는 최첨단 암 치료법이다.


미 육군의 지원을 받아 연구를 수행한 프랑스의 Bordeau 대학과 미국 샌타바버라의 California 대학 (UCSB) 공동연구팀은 세포조직 수준에서 복잡한 생체 전기 상호작용을 모델링하기 위한 병렬 시뮬레이션 알고리즘을 개발하는 데 성공했다. 기존에 실시된 대부분의 연구는 개별 세포 수준에서 이루어졌으며, 각 세포는 일정한 규칙에 따라서 행동하는 것으로 알려져 왔다.


UCSB의 Pouria Mistani 교수는 “우리 연구팀은 많은 수의 세포를 동시에 연구하여, 세포조직이 새로운 행동 패턴을 보인다는 것을 발견했다. 이 같은 현상은 여러 개체의 결합을 통해 발생하는 새로운 행동 패턴에 관한 세포조직 수준의 이론을 정립하는 데 매우 중요한 단서가 될 것이다.”라고 설명했다. 본 연구는 Journal of Computational Physics에 게재되었다.


미 육군 소속 연구부서 수리과학팀의 Joseph Myers 박사는 “우리 연구팀은 수학적 접근법을 통해 새로운 항암 치료 전략을 개발하기 위한 세포의 생체 전기 효과를 연구할 수 있었다. 이번 연구를 통해 다양한 후보 약물에 대한 암 세포 및 정상 세포의 반응을 보다 정확하게 가상 실험하는 것이 가능해질 것으로 보인다.”고 말했다. 연구팀은 이 같은 치료법을 가능하게 하는 것은 최첨단 컴퓨터 알고리즘에 기인한다고 설명했다. UCSB 기계공학 컴퓨터과학부의 Frederic Gibou 교수는 “수만 개로 분해된 셀을 계산하기 위한 알고리즘 설계에는 상당히 많은 수의 수학 공식이 필요하다.”고 설명했다. 예를 들어, 암 치료에 사용되는 일렉트로포레이션의 효과는 전계 (electric field)의 강도, 펄스, 빈도 등 다양한 요인에 따라 달라진다.


Mistani 교수는 “이번 연구는 이러한 매개 변수에 대한 조직 반응을 이해하고 치료법을 최적화하는 데 도움이 되는 효과적인 이론 정립으로 이어질 것으로 기대된다."라고 말했다. Mistani 교수에 따르면, 기존에 이루어진 세포 집합체의 일렉트로포레이션에 대한 가장 큰 규모의 시뮬레이션은 3-D에서 약 100개의 세포에 대해 이루어진 것이 전부다. 이러한 기존의 시뮬레이션은 스테로이드의 실제 3-D 특성을 무시하거나 세포조직 수준의 행동 패턴을 연구하기에는 너무 적은 수의 세포들만이 연구 대상이 되었다는 한계점이 있었다.


연구팀은 현재 후속 연구의 일환으로, 조직 수준에서 세포 집합체의 일렉트로포레이션에 대한 효과적인 이론을 개발하기 위한 새로운 데이터 세트를 연구 중이다.


관련연구자: Frederic Gibou et al.

관련기관: University of California, Santa Barbara, USA and Universite de Bordeaux, France

본문키워드(한글): 미생물학, 항암 치료, 일렉트로포레이션, 전계, 알고리즘, 병렬 시뮬레이션, 생체 전기 효과, 다세포 원주체, 전기 화학 요법, 암 치료, 계산 모형

본문키워드(영문): microbiology, chemotherapy, electroporation, electrical field, algorithms, parallel simulations, bioelectric effects, multicellular spheroids, electro-chemotherapy, cancer treatment, computational model

국가: 프랑스

원문출판일: 2019-05-01

출처: https://phys.org/news/2019-05-cancer-combat-wounds.html