분자영상 및 치료 연구실 

(“Laboratory of Molecular Imaging aNd Therapy, MINT”)  

- 종양팀 -

02  관심 연구분야  

분자영상 및 치료 연구실은 분자영상 획득을 위해 필요한 분자생물학, 생화학적 기법 과 다양한 다중생체분자영상 (FLI/BLI, PET/CT, SPECT/CT, PET/MR 등)을 응용하여, 유전자치료, 세포치료(줄기, 면역세포 등), 나노기술 등을 이용한 난치성질환에 대한 새로운 진단 및 치료기술을 개발하는 첨단 중개연구를 수행하고 있다. 본 연구실이 최초 발족한 1991년 이후 각종 국내외 특허등록과 약 600여 편의 SCI 논문을 유수학술지에 발표하여 분자영상연구에서 국제적으로 인정받고 있다. 또한 다양한 국내외 과학자들과 공동연구를 수행하고, 국내외 학술 대회 활동 및 최신 연구지견발표를 통해 글로벌 인재를 양성하는데 기여하고 있다.  

 그림 2. 관련 국제연구저널 표지선정 및 특허

A.  분자영상을 이용한 종양미세환경내의 엑소좀의 역할규명 및 영상화

엑소좀은 세포에서 분비되는 vesicle로 세포간의 신호전달을 통해 종양의 성장, 전이 및 악성화 등에 관여한다. 본 연구에서는 저산소 종양세포에서 유래한 miR-210이 엑소좀을 통해 이동하여 주변 종양 세포와 혈관 내피세포에 전달되어 혈관생성을 촉진함을 영상화하였고 (Oncotarget 2016) 최근에는 방사선에 의해 분비되는 엑소좀이 종양미세환경내 세포들에 미치는 영향 (M1/M2, EMT/MET transition 등)을 규명하는 연구를 진행 중이다. 

그림 3. 저산소 상태의 엑소좀에 의한 miR-210 이동 영상화 및 작용기전 규명

B. 종양세포의 방사선 민감도 조절에 의한 방사선 치료효과 증진

방사선 민감도 증진을 위해 방사선 손상 후 복구에 중요한 BRG1 BRD유전자를 과발현시켜 I-131 방사성 요오드로 치료효과를 확인한 결과, BRD를 발현하지 않은 정상 세포주에 비해 BRD를 발현한 세포주 및 마우스 종양모델에서 I-131의 효과가 증진된 것을 확인하였고 (Mol Cancer Therapeutics 2015) 이를 응용한 방사선 민감제 개발을 연구 중이다.

그림 4. 방사선 민감도가 증진된 세포주의 치료효과 평가

C. 종양세포에서의 포도당 유사체 (¹⁸F-FDG) 섭취 관련인자 규명 

종양세포는 정상세포에 비해 당섭취가 항진되어 있어 포도당 유사체인 ¹⁸F-FDG 섭취 양전자단층촬영술(PET)이 진단에 사용되고 있다. 포도당의 수송과 인산화에 관여하는 Glut-1과 Hexokinase II 활성증가가 암세포 ¹⁸F-FDG 섭취증가의 주원인으로 알려져 있으나 자세한 분자기전은 아직도 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 다양한 분자생물학, 영상적 기법을 이용하여 ¹⁸F-FDG 섭취에 미치는 미토콘드리아 단백질들의 상호작용을 연구하고 있다. 

그림 5. 여러 종류의 암세포에서 ANT 발현과 포도당 유사체 섭취 관계

D. 치료용 줄기세포 추적영상

난치성 악성 뇌종양의 치료를 위하여 중간엽 줄기세포의 종양추적 능력을 이용하여 cytosine deaminase 유전자를 도입하고 5-FC pro-drug 과 병용하여 뇌종양 표적 유전자/세포치료의 효과를 평가하였다 (Theranostics 2016). 본 연구결과는 해당저널 10월호 표지논문으로 채택되었으며 현재 임상시험이 진행 중이다. 

 그림 6. 분자영상을 통한 중간엽줄기세포를 이용한 뇌종양 치료효과평가 

E. 영상 민감도 증진을 위한 최적화 리포터 개발 

리포터유전자의 최적화를 통하여 보다 민감한 영상신호를 낼 수 있는 광학영상용 생물발광 유전자 (Luciferase, Mol Cells 2012), 핵의학영상 및 치료에 사용할 수 있는 나트륨-요오드 수송체 유전자 (Sodium Iodide Symporter, Theranostics 2015) 등을 개발하였고 이외에 다양한 리포터들도 최적화중에 있다. 

그림 7. 민감도 최적화 분자영상용 리포터 개발 

F. 면역세포 추적영상 

최적화된 리포터 유전자를 발현하는 유전자 변형 마우스를 개발하여 여기서 분리한 면역세포를 이용하여 생체에서 면역세포의 시공간적 이동을 관찰하는데 사용하였다. 면역세포의 이식거부에 관여하는 T세포의 이동을 영상화 하고 (Exp. Mol. Med. 2015), 면역세포추적을 통한 백신의 유효성평가 등에 적용하는 연구를 수행 중이다. 

G. 나노입자를 이용한 감시 림프절 탐지 

종양수술 시 림프절 전이여부를 확인을 위한 감시림프절의 위치탐지용 다중영상 실리카 나노입자를 개발하여 마우스 모델에서 핵의학, 자기공명, 형광 (PET/MRI/FLI) 생체영상을 통하여 성공적으로 감시림프절이 영상화 되어 그 유용성을 증명하였다 (Nanomedicine 2012).