간암(hepatocellular carcinoma)은 세계에서 다섯 번째로 흔한 암이며 세 번째로 사망률이 높은 암이다[1]. 외과적 절제가 간암치료의 가장 근치적인 치료방법이지만 발견 당시 병이 진행되어 색전술, 방사선 치료 등을 시행하기도 한다. 하지만 치료 후에도 다시 재발(recurrence)하거나 타 조직으로의 전이(metastasis)가 일어나게 되어 악화되는 경우가 적지 않다. 최근 암 줄기세포(cancer stem cell) 이론이 크게 주목되어 암의 재발과 전이는 암 줄기세포에 의해 생기는 것으로 설명되고 있다. 암 줄기세포는 암 조직에서 1%–2% 미만으로 존재하며 항암제에 대한 내성을 갖고 있어 치료 시 죽지 않고 잠재되어 있다가 다시 암세포로 분화되어 혈관을 통하여 다른 조직으로의 전이 및 무한증식이 가능하다고 알려져 있다[2]. 암 줄기세포는 줄기세포에서 발현하는 표지자(surface marker) (CD133, CD44, CD90 등)가 동일하게 발현되기도하며 자가 증식을 한다는 점과 다른 세포로 분화할 수 있다는 점에서 줄기세포와 비슷하다. 하지만 암 줄기세포에 대한 확실한 신호체계(signal pathway)와 암 줄기세포에서만 발현되는 특이 표지자가 발견되지 않았기 때문에 암 조직에서 암 줄기세포만을 정확히 분리하는 방법은 아직 확립되지 않았다. 암환자에게 얻은 암 조직에서 암 줄기세포를 분리하여 체외 배양을 통하여 많은 양의 암 줄기세포를 확보할 수 있다면 이 세포를 목표로 하는 환자 개개인별 맞춤 치료를 확립할 수 있기 때문에 암 줄기세포의 특성을 확인하는 연구가 중요하며 이러한 시도가 계속 되고 있다[3]. 암세포의 배양 시 많이 사용되는 구체형성 배양법은 세포 배양접시에 부착하여 배양하는 방법과 달리 특수 배양접시에 부유 상태로 세포를 키우는 방법이다. 일반세포는 부착되지 않은 상태에서 배양 시 아노이키스(anoikis)라는 세포죽음이 일어나게 되는데 반해 암세포는 이와 다르게 부착되지 않은 상태에서 세포끼리의 활성화를 통하여 구체를 형성하며 자라게 되는 것이다[4,5]. 실제로 구체형성 배양을 통해 성장한 암세포를 마우스에 이식하였을 때 단층 배양을 통해 성장한 암세포에 비해 적은 세포 수에도 불구하고 암 형성이 잘 되었으며, 형성된 암의 크기 또한 더 큰 것이 관찰되었다[6]. 이러한 구체형성 배양 시 환경적 요인이 중요하다. 세포가 바닥에 부착되지 않도록 특수 코팅이 된 배양접시를 사용하게 되며 배양액에 여러 가지 성장인자를 첨가하게 된다. 혈청이 없는 배양액(serum-free media)을 기본으로 상피세포 증식인자(epidermal growth factor, EGF), 섬유아세포성장인자(basic fibroblast growth factor, bFGF), b27 보충제(supplement)의 여러 가지 성장인자가 첨가된다. 첨가되는 성장인자들의 농도는 세포 종류에 따라 조금씩 다르며, 각각의 성장인자가 세포에 미치는 영향 또한 다르다. 상피세포 성장인자(EGF)에 의한 신호전달(signaling)은 상피세포 성장인자 수용체(EGF receptor)을 통하여 활성화(activation)되며, 신경교종줄기세포에서 줄기세포 성(stemness)을 유지하는 데 중요한 역할을 한다고 알려져 있다[7]. 이러한 성장인자는 세포의 성장과 증식을 촉진하지만 세포의 분화 역시 촉진할 수 있으므로 사용 시 각별한 주의가 요구된다. 앞에서 언급한 바와 같이 암 줄기세포 역시 분화할 수 있는 특징을 갖고 있기 때문에 성장인자에 의한 분화도가 증가할 수 있다고 생각한다. 그러므로 본 연구자는 암 줄기세포의 구체형성 배양 시 성장인자를 첨가하지 않고 기존의 암세포 배양액에서 구체 형성이 가능한지 연구해 보고자 하였다.

암 줄기세포(cancer stem cells)는 2006년 American Association for Cancer Research Workshop on Cancer Stem Cells에서 명명 되었으며, 이 세포는 암 조직 안에 포함된 것으로서 자가증식 능력과 암세포로의 분화가 일어나는 세포로 정의되었다[8]. 처음 급성 골수 백혈병(myeloid leukemia)에 존재 한다고 Bonnet와 Dick [9]에 의해 밝혀졌으며, Al-Hajj 등[10]은 최초로 뇌, 유방, 폐, 전립선 등의 고형조직 암 등에 존재함을 입증하였다. 암 조직은 여러 가지 세포로 구성되어 있는 조직(heterogeneous tissue)으로서 암 줄기세포만을 분리하는 방법에는 여러 가지가 있는데 그 중 암 줄기세포의 체외 배양 방법 으로 사용되는 구체 형성 배양법은 세포 배양 접시(cell culture plate)에 부착되지 않은 상태로 배양되는 방법으로서 신경, 전립선(prostate), 유방(mammary) 등의 성체 줄기세포(adult stem cell)에서 사용되어 왔다[11,12]. 이러한 구체 형성 배양 시 사용되는 배양액은 혈청(serum)을 첨가하지 않고 성장인자(예를 들어, EGF, bFGF)를 첨가하여 증식시킨다고 알려져 있다[6,13]. 하지만 유방암세포주와 폐암세포주에서는 이러한 성장인자가 없는 배양액에서 오히려 내피성장인자가 자가 분비(autocrine)되어 암 줄기세포의 구성 형성의 성장을 촉진시키고 증가된다는 연구 결과가 있다[13].

간암에 존재하는 간암줄기세포 역시 앞의 이론을 바탕으로 구체 형성 배양 시 배양액을 다르게 하였을 때 구체 형성이 되는지 알아보고자 하였다. 그 결과 성장인자의 유무와 관계 없이 구체 형성이 모두 잘 되었으며 비슷한 크기로 자라는 것을 관찰할 수 있었다. 하지만 혈청과 성장인자 모두 첨가하지 않은 배양액에서는 구체 형성이 되지 않았으며, 세포가 죽는 것으로 보아 세포가 자라기 위해서는 최소한 조건이 충족되어야 하는 것을 알 수 있었다. 배양기간이 길어질수록 각 배양액의 세포 군은 다른 양상을 보였는데 혈청이 첨가된 배양액의 세포는 구체 형성이 유지되며 크기가 커졌으나 성장인자가 첨가된 배양액의 세포 군은 처음과 다르게 구체의 형태를 소실하였고 죽은 세포들이 보이기 시작하였다. 성장인자의 첨가 유무는 구체 형성에 크게 영향을 끼치지 않지만 배양기간이 길어지게 되면 성장인자들이 첨가된 배양액에서는 세포에 영향을 끼치는 것으로 생각된다. 또한 각 성장률을 비교하였을 때 성장인자가 배양 초기에는 세포성장에 영향을 끼치지만 배양 기간이 길어지면 크게 영향을 끼치지 않는 것으로 보이며 오히려 성장인자를 첨가하지 않은 배양액의 구체 형성 세포(sphere forming cells)들이 구체(sphere)의 유지가 더 잘 되는 것으로 보였다. 더 나아가 특징적으로도 큰 차이가 없는지 비교하고 각 군의 세포에서 발현되는 유전자와 표지자들의 비교 분석을 위하여 array 분석 등의 실험이 추가 되어야 할 것이며 각 배양액의 구체 형성 암 줄기세포의 계대 배양을 통하여 특성이 변화 되는지의 여부 관찰이 필요할 것으로 생각된다. 암 줄기세포를 체외 배양 시 성장속도와 형태학적 특징이 성장인자를 넣어주지 않은 것과 큰 차이가 없다면 세포의 증식과 유지에 있어서 비용이 6배 이상 감소될 것으로 예상한다. 그리고 암 줄기세포가 암 세포로의 분화가 가능한가를 입증하기 위하여 각 군의 구체 형성 배양 세포를 동물 모델의 이식을 통하여 종양 형성 여부를 확인하는 실험이 필요할 것으로 생각된다.