📜오늘 우리가 살펴볼 연구는?
Hornick, N. I., Huan, J., Doron, B., Goloviznina, N. A., Lapidus, J., Chang, B. H., & Kurre, P. (2015). Serum Exosome MicroRNA as a Minimally-Invasive Early Biomarker of AML. Scientific reports, 5, 11295.
👉🏻 이번 연구의 시작점
급성 골수성 백혈병 Acute myeloid leukemia에 대해서 들어보셨나요?
급성 골수성 백혈병은 미국에서 매년 10000명 이상을 사망으로 이끄는 원인입니다.
5년간 전체 생존률이 25%로 낮으며 대다수가 재발을 경험합니다.
급성이라는 이름에서 알 수 있다시피 빠르게 성장하고 확산하는 특성을 갖고 있기에 잔여 질병을 최대한 빠르게 감지하여 재발 후 빠른 치료가 중요합니다.
🔓현재 급성 골수성 백혈병의 재발 진단은 어떻게 할까요?
먼저 혈액 검사가 있습니다. 혈액을 채취해 백혈병 세포를 확인하는 방식인데요 질병이 진행된 상태에서 확인 가능합니다.
또는 골수에서 샘플을 채취하여 진단을 내릴 수도 있습니다.
그러나 이 두 가지 모두 환자에게 침습적인 진단 방법입니다.
침습적이지 않은 방식으로 어떻게 최소 잔여 질병(minimal residual disease : MRD)를 확인할 수 있을까요?
이 질문을 해결하기 위해 이번 연구에서는 초기 질병 상태에서 MRD를 반영한 생체 통계 모델을 개발했습니다.
혈청 엑소좀은 세포 간 신호 전달에 관여하고 그 안에 miRNA등 다양한 유전자와 단백질을 포함하고 있습니다.
효율적, 비침습적으로 진단이 가능하다는 장점을 가지고 있기에 혈청 엑소좀의 miRNA를 사용했답니다.
⚡알아낸 사실1 : Molm-14 AML 세포 NSG 마우스에 이식한 모델이 AML 질병을 잘 재현함 확인.
🤔Molm-14 세포는 급성 골수성 백혈병을 연구하기 위해 사용하는 세포주입니다.
🤔세포주는 계속해서 증식할 수 있는 세포 집단입니다
Molm-14 세포를 NGS 마우스, 즉 유전적으로 조작되어 면역 반응이 거의 없는 실험용 마우스 모델,에 이식합니다. NGS 마우스는 면역 반응을 보이지 않기에 인간의 암 세포주를 이식했을 때 거부반응 없이 받아들일 수 있습니다.
🧪백혈병 세포뿐 아니라 골수 세포도 혈청 exosome에 영향을 줄 수 있음을 확인하였기에 백혈병 세포와 exosome 등 연구에 사용될 수 있음을 확인했습니다.
⚡알아낸 사실2 : AML 세포와 Stromal 세포
AML 세포와 Stromal 세포에서 분비되는 exosome은 특정 miRNA를 선별적으로 포함하고 있으며, 이는 AML 병리에 중요한 역할을 할 것으로 보입니다!
Let-7a, miR-99b, -146a, -155, -191, -1246 등의 miRNA가 cell 대비 exosome에서 최대 1,000배 이상 농축되어 있음,
🧪즉 이 miRNA들은 exosome에 특이적임을 확인하였습니다.
⚡알아낸 사실3 : 기존의 MRD 감지 기술의 한계
기존의 MRD 감지 기술은 백혈병 세포의 양을 파악하는 데 한계가 있습니다
유세포 분석(세포 특성을 이용해 생물학적 입자를 비파괴적으로 분석)을 이용해 말초혈액 단핵구(PBMC)를 관찰하지만 이는 백혈병 검출에 신뢰할 수 없는 방입니다.
항암제를 이용해 AML을 치료할 때 말초 혈액에서 Molm-14 세포를 효과적으로 제거하였지만 골수 내의 백혈병 세포는 제거하지 못합니다.
따라서 골수 내 백혈병 세포 상태를 함께 고려해야 합니다.
연구진은 항암제가 엑소좀 miRNA의 안정성을 미치는 영향도 측정하였습니다.
Cytarabine 처리 후 2배 이상 변화하는 miRNA가 없음을 확인했습니다.
Quizartinib 처리 후에도 엑소좀 miRNA 수준의 변화가 크지 않음을 알 수 있습니다!
🧪 변화가 크지 않아서 안정적으로 질병 상태를 대변할 수 있음을 알아내었습니다.
⚡알아낸 사실4 : 혈청 엑소좀 miRNA는 병의 진행 속도 반영
AML과 관련성이 있으면서 exosome에 포함되는 4가지 miRNA (miR-150,155,221,1246)의 혈청 수준을 비교하였습니다.
miR-155의 경우 Molm-14를 이식 후 14일, 21일 후 혈청에서 증가함을,
miR-150은 이식 후 14일, 21일과 대조군 사이에 유의미한 차이가 있음을,
miR-1246은 14일에서 21일이 되면서 시간에 따라 수치가 증가함을 확인했습니다.
이중 miR-150, -155, -1246으로 구성된 엑소좀 miRNA 점수 모델을 진단 성능을 파악하기 위해 ROC 곡선을 구현하였습니다.
진단 성능은 세가지를 다 사용하였을 때 0.8로 가장 높아 백혈병 이식 마우스와 대조군을 잘 구분하는 것으로 나타났습니다!
연구진은 이 세가지 miRNA를 조합한 모델로 실험 동물 샘플에 대한 혈청 exosomal miRNA 점수를 계산하였습니다.
특이도(Specificity:Sp), 민감도(Sensitivity:Se) , 민감도와 특이도 균형(S/S)를 기준으로 계산했어요.
1. 특이도 최적화 기준: 정상 대조군의 위양성을 제거할 수 있었지만 일부 백혈병 샘플이 누락되었습니다.
2. 민감도와 특이도 균형 고려: 9개중 8개의 백혈병 샘플을 검출하였고 4개의 대조군 중 1개만 양성으로 판단했습니다.
3. 민감도 최적화 기준: 모든 백혈병 샘플을 검출하였지만, 정상대조군 중 일부가 양성으로 판단되었습니다.
🧪이 결과 혈청 엑소좀의 miRNA 변화가 상대적으로 안정적인 마커임을 증명할 수 있었습니다!
⚡알아낸 사실5 : AML 바이오마커로 엑소좀 miRNA의 사용
HL-60(급성 골수성 백혈병 세포)를 NGS 마우스에 이식하여 분석하였습니다.
miR-150,155,1246 모두 HL-60 이식 마우스에서 유의미한 차이를 확인하였습니다.
알아낸 사실 4 에서 얻은 알고리즘을 사용하면 HL-60 또한 100% 예측할 수 있었습니다.
또한 AML 환자 3명과 정상인 3명의 miRNA를 비교한 결과 miR-150,155,1246의 차이를 확인할 수 있었습니다. 그러나 이 경우 표본이 작아 통계적 유의미성은 얻을 수 없었습니다.
🆕Discussion
여러 miRNA 결합, AML 질병 상태를 가장 잘 대표하는 집단을 도출할 수 있었습니다!
특히 miR-150, -155 , -1246 결합 시 진단에 대한 민감도, 특이도가 증가하였습니다. 화학 요법의 영향이 크지 않고 전체 악성 미세환경을 반영하기에 AML을 진단하는데 한발짝 다가가게 되었습니다🧪
앞으로 혈청 엑소좀을 이용한 분석 기술의 발전이 얼마나 많은 변화를 가져오게 될지 기대되지 않나요?😊😊
🖊️작성자: 송채연(areca527@naver.com)
🌟밝히자, 바이오 세상🌟
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