모든 인간 세포는 당질외피(glycocalyx)라는 얇은 설탕 층을 입고 있는데, 이는 사탕보다는 끊임없이 변화하고 재조직되는 보호 외피에 가깝다. 막스 플랑크 광과학 연구소(MPL) 연구진은 고급 고해상도 현미경을 사용하여 이 설탕 구조의 상세 지도를 처음으로 작성했으며, 네이처 나노테크놀로지에 발표된 그들의 연구 결과는 이 설탕 배열의 변화가 언젠가 의사가 암과 같은 질병을 감지하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다.
"물리적 당과학" 연구 그룹의 레온하르트 뫼클 교수가 이끄는 팀은 "글리칸 아틀라싱(Glycan Atlasing)"이라는 기술을 개발했다. 최첨단 초고해상도 현미경을 사용하여, 그들은 세포 배양주, 일차 인간 혈액 세포, 조직 샘플을 포함한 여러 유형의 세포에서 개별 설탕 분자 수준에서 당질외피를 매핑했다. 결과 지도는 당질외피가 세포 상태에 따라 분자 배열을 변화시킨다는 것을 보여주었다.
예를 들어, 면역 세포는 자극을 받은 후 다른 설탕 패턴을 나타냈는데, 이는 면역 반응 중에 일어나는 일과 유사하다. 연구진에 따르면, 이는 당질외피가 마치 디스플레이 화면처럼 기능하여 세포 내부 상태에 대한 정보를 외부 표면에 표시한다는 최초의 직접 증거를 제공한다. 팀은 이러한 나노 규모의 설탕 패턴이 서로 다른 세포 상태를 신뢰할 수 있게 구별할 수 있어, 암 발달의 개별 단계를 식별하고, 활성화된 면역 세포와 비활성화된 면역 세포를 구별하며, 인간 유방 조직에서 암성 영역과 건강한 영역을 구별할 수 있음을 발견했다.
"이 결과는 복잡한 샘플에서도 신뢰할 수 있는 결과를 제공하는 글리칸 아틀라싱이 미래 진단 방법 개발을 위한 유망한 기반을 제공합니다"라고 뫼클은 설명한다. 연구진은 이제 추가 표적 구조를 분석하고, 프로세스를 더 자동화하며, 훨씬 더 많은 수의 샘플을 연구하여 이 기술이 결국 일상적인 의료용으로 적용될 수 있도록 방법을 확장할 계획이다. "대규모 연구에서 우리는 특정 질병 경과나 치료 반응과 관련된 표면 패턴이 무엇인지, 그리고 세포 상태가 표면을 통해 조기에 객관적으로 어떻게 감지될 수 있는지 조사하고자 합니다"라고 뫼클은 말한다.