Biomedical Engineering - Strategies for Cancer

암이란 무엇인가?                                                  

암(Cancer)은 다음의 세 가지 특성을 가진 세포의 이상 행동이 모인 질환입니다 : 

1. 통제 불가능한 성장
2. 침습성(Invasion) - 주변 조직을 침범하고 파괴
3. 전이(Metastasis) - 혈관이나 림프계를 타고 전신으로 퍼짐

 

양성 vs 악성 종양.. 무엇이 다를까?                      

암은 대부분 악성 종양(Malignant Neoplasm)을 의미합니다.

반면에, 양성 종양(Benign Tumor)은 비교적 성장 속도가 느리고 다른 부위로 전이하지 않습니다. 

 

즉, 암은 단순히 덩어리가 아니라 침범하고 퍼지는 능력을 지닌 병입니다.

 

왜 암이 생기나?                                                                

그렇다면 왜 암이 생길까요?

암은 다음과 같은 요인에 따라 발생 위험이 달라집니다.

• 나이: 노화로 인해 유전자 변이 누적
• 성별: 특정 장기(예: 전립선, 유방) 관련
• 지역: 생활 습관, 환경오염 등
• 직업: 발암 물질에 노출 (예: 석면, 방사선)
• 유전: 일부 암은 가족력과 관련

이처럼 암은 생활환경과 유전 요인이 결합된 복합 질환입니다. 

 

 

암의 6대 특징                                                                

 

1. 자기 자신에게 성장 신호를 계속 줌

정상 세포는 외부에서 오는 성장 신호가 있어야 증식합니다.

하지만 암세포는 스스로 신호를 만들어내어 무제한으로 성장할 수 있습니다. 

 

2. 성장 억제 신호에 반응하지 않음

정상 세포는 주변으로부터 "이제 그만 커"라는 억제 신호를 받으면 성장을 멈춥니다.

그러나 암세포는 이런 억제 신호를 무시합니다.

 

3. 세포 자살(Apoptosis)을 피함

정상 세포는 DNA에 문제가 생기면 스스로 죽는 자살 프로그램(apoptosis)이 작동합니다.

암세포는 이 기능을 비활성화시켜 죽지 않고 살아남습니다.

 

4. 무한 복제 가능

정상 세포는 일정 횟수만 분열할 수 있고 그 이후엔 노화(Senescence)됩니다.

반면 암세포는 무한히 분열할 수 있어요.

 

5. 새로운 혈관을 만들어 먹을 걸 끌어옴(Angiogenesis)

암세포는 스스로 혈관을 생성(angiogenesis)하여 주변에서 영양과 산소를 끌어다 씁니다.

이 덕분에 커다란 종양으로 성장할 수 있어요.

 

6. 주변 조직 침범 & 전이 능력 획득

가장 위험한 특징입니다.

암세포는 주변 조직을 뚫고 들어가고, 혈관이나 림프관을 타고 멀리까지 퍼질 수 있는 능력을 갖습니다.

이 과정을 전이(Metastasis)라고 해요.

 

암을 일으키는 두 가지 핵심 유전자                                          

암은 유전자 변이에서 시작됩니다. 이때 관여하는 유전자는 크게 두 가지입니다:

1. Oncogene (발암 유전자)

• 원래는 정상적인 세포 성장에 관여하는 유전자(proto-oncogene)였지만,
  돌연변이를 통해 과도하게 작동하게 되면 암을 유발하는 oncogene이 됩니다.

2. Tumor Suppressor Gene (종양 억제 유전자)

• 반대로 이 유전자는 세포 성장을 억제하거나 문제가 생기면 자살(apoptosis)을 유도해요.
• 하지만 돌연변이로 이 기능이 망가지면 통제가 사라져 암세포가 활개를 칩니다.

 

암의 원인 - 유전일까? 생활 습관일까?                                

많은 사람들이 “암은 유전이다”라고 생각하지만, 사실은... 환경적 요인이 약 90~95%, 유전적 요인이 5~10%라고 하네요.

 

환경 요인의 예시 : 

• 흡연 
• 비만 및 식이 습관 
• 바이러스 감염 (예: HPV) 
• 방사선 노출 
• 석면과 같은 발암물질 
• 스트레스, 운동 부족 등 

유전 요인의 예시 : 

• BRCA1/2 유전자 변이 → 유방암, 난소암 위험 증가
• 전체 암 중 유전적 원인만 따지면 3~10% 수준

즉, 대부분의 암은 "생활 습관"의 문제입니다. 우리가 바꿀 수 있겠죠?

 

암의 진행 단계                                                                           

 

• 초기 암 (Primary Tumor)
  • 원래 위치에만 존재
  • 이 시기엔 수술로 잘 제거되는 경우도 많아요
• 침습적 암 (Invasive Cancer)
  • 주변 조직을 뚫고 자라기 시작
  • 혈관, 림프관 침범
• 전이암 (Metastatic Tumor)
  • 원래 장기와 전혀 다른 부위(뼈, 간, 폐 등)에서 자라기 시작
  • 생존율이 급격히 낮아짐

암을 조기에 찾는 법                                                                

암은 조기에 발견하면 치료율이 크게 높아지고, 수술이나 약물치료의 부작용도 줄일 수 있습니다.

 

유방촬영술(Mammography)

• X-ray를 이용한 유방 사진 촬영
• 조기 유방암을 효과적으로 찾아냅니다.
• 단점은 10%의 오진률(거짓 음성)이 있다는 점

 

내시경 검사(Endoscopy)

• 위/대장 내부를 카메라로 직접 관찰해 용종(polyp)이나 출혈, 암세포를 찾아냅니다.
• 캡슐 내시경은 알약처럼 삼켜서 소장 내부도 살펴볼 수 있는 최신 기술

 

암의 확진 – 조직 검사(Biopsy)

검진에서 이상이 발견되면, 조직 검사를 통해 확진을 합니다.

 

1. Fine Needle Aspiration (FNA, 세침흡입생검)

• 아주 가느다란 바늘로 세포를 빨아내는 방식
• 빠르고 간편하지만, 침윤성(악성) 여부는 구분 어려움

2. Core Needle Biopsy (CNB, 중심침생검)

• 조금 더 굵은 바늘로 조직을 채취
• 조직 구조까지 확인 가능하여 좀 더 정확한 진단 가능

 

자궁경부암 검진 – Pap Smear

• 자궁경부의 세포 모양을 검사해 전암 상태나 암세포를 찾아냅니다.
• 정상 세포 vs. 비정상 세포의 형태 차이를 통해 진단
• Transformation Zone: 정상 세포가 변화되기 쉬운 부위(질경을 통해 접근)

 

암 치료, 어떤 방법이 있을까?                                      

그렇다면 암 치료에는 어떤 방법이 있을까요?

암은 발견 시기와 종류에 따라 다양한 치료법이 적용됩니다.

 

1. 수술(Surgery) - 가장 직접적인 치료

암이 한정된 부위에 있을 때, 가장 효과적인 방법은 물리적으로 제거하는 수술입니다.

이를 절제(resection)라고 해요.

가장 직접적이고 즉각적인 효과가 있지만, 암이 퍼져 있다면 적용이 어렵습니다.

• 복강경 수술(Laparoscopic): 배나 골반 안을 소형 카메라와 도구로 들여다보며 절제
• 내시경 수술(Endoscopic): 위, 대장, 자궁경부 등에 카메라를 넣어 작은 병변 제거

 

2. 방사선 치료(Radiation Therapy) - 암세포만 정밀 타격

고에너지 이온화 방사선을 이용해 암세포의 DNA를 파괴하고 죽이는 치료입니다.
주로 수술이 어려운 부위나 보조치료로 사용돼요.

 

• 분할 조사(Dose Fractionation): 소량씩 나눠 여러 번 조사
• IMRT: CT로 위치를 확인하며 정밀 조사 (돌아가며 조사)
• 근접 치료(Brachytherapy): 방사선 물질을 암 부위에 직접 삽입

 

3. 항암화학요법(Chemotherapy) - 전신에 작용하는 약물 치료

전신으로 퍼진 암세포를 공격하는 치료로, 혈액을 통해 몸 전체에 작용합니다. 

하지만, 탈모, 구토, 피로, 면역 저하 등의 부작용이 있을 수 있습니다. 

 

4. 표적 치료 & 면역 치료 - 선택적으로 암만 공격

표적 치료 (Targeted Therapy)

• 암세포에 특정 유전자나 수용체만 겨냥하여 공격하는 정밀 치료
• 예: HER2 양성 유방암 → 허셉틴(Herceptin)

호르몬 치료 (Hormone Therapy)

• 호르몬 의존성 암에 적용
• 예: 유방암 → 타목시펜 (에스트로겐 억제)

면역 치료 (Immunotherapy)

• 면역세포를 활성화시켜 암세포를 제거하게 함
• 예: CAR-T, 암 백신, 면역관문 억제제(PD-1/PD-L1)

 

암 치료의 한계와 희망                                        

앞서 말씀드렸듯이, 암은 단일 질병이 아닙니다.

따라서 단일 치료인 Monotherapy의 경우 재발 가능성이 높고, 잔여 세포가 다시 자랄 수 있습니다.

또한 암세포는 환자마다, 심지어 암 내부에서도 유전자 구성이 제각각이므로 맞춤 치료가 필요합니다.

 

병합 요법(Combination Therapy)

• 다양한 유전자 변화를 동시에 억제할 수 있도록 두 가지 이상 약물을 병용하는 방식
• 예: 표적치료제 + 항암제, 면역치료제 + 호르몬 치료 등

개인 맞춤 분자의학(Personalized Molecular Medicine)

• 종양의 유전적 특징을 분석해 딱 맞는 약물이나 치료법을 설계
• 예: HER2 양성 유방암 환자 → Herceptin 사용
• 최신 기술: 유전자 분석(NGS), 단백질 프로파일링, 디지털 병리 분석

System Biology

 

• 암세포와 주변 세포 간의 복잡한 상호작용 네트워크를 수학적으로 분석
• 유전체(genomics), 단백질체(proteomics), 대사체(metabolomics)를 통합해 암 전체의 생물학적 흐름을 이해

 

 

최근에는 AI가 시간 단축, 비용 절감이라는 장점에 의해 혁신적으로 사용되고 있으며,

실제로, 

 

• AlphaFold (DeepMind)
  → 단백질 구조 예측 혁신으로 질병 메커니즘 이해 가속화
• BenevolentAI
  → COVID-19 대응에 기존 약물 재활용 후보 도출
• Recursion Pharma
  → 자동화된 세포 실험으로 약물 작용 예측

이라는 기술들도 있습니다.

 

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앞으로 암 치료는 더욱 정밀하고, 예측 가능하며, 개별화된 방향으로 나아가고 있습니다.
이제는 ‘무조건 없애는 것’이 아닌, 함께 살아가는 질환으로 조절해나가는 전략도 중요한 시대입니다.