MD & PhD

안녕하세요. 오지의 마법사입니다.

오늘은 Cell line에 대한 이야기를 해 볼까 합니다.

모든 과학실험에서도 마찬가지이겠지만, 바이오 실험에서 Reproducibility는 아주 중요합니다. (https://en.wikipedia.org/wiki/Reproducibility) 그렇기 때문에, 어떻게 실험했다는 Methods and Material 섹션이 중요하게 다루어 집니다.

대단한 발견을 했지만,아주 아주 특별한 조건에서만 재현된다면, 실험적 가치가 떨어지는 경우가 많죠.

심각한 경우에는 그것이 재현되지 않으면서, 조작설에 휩싸이기도 하고, 실제로 그것이 일어났습니다. STAP cell 사건(https://en.wikipedia.org/wiki/Haruko_Obokata)

특히, 사람의 경우에는 인종, 나이, 성별, 문화 등등, 워낙 다양한 조건이기 때문에, 실험 재현이 어려운 경우가 많습니다. 혹자는 사람에 한해서, 재현성이 40% 정도만 되어도 충분히 제약 시장에 먹힐 수 있는 약을 만들 수 있다는 이야기도 합니다.

바이오 실험에서의 재현성을 확보하기 위해서, 가장 잘 만들어 놓은 것이 바로 마우스 라인들이죠. 흔히 말하는 C57Bl/C, BalbC 등등의 inbred mice는 사실상 genetic background가 20회 이상의 근친교배(정확히는 형매 교배)로 고정되어 있죠. 그렇기 때문에, 마우스 실험에서 하나의 라인을 쓴다는 것은, 이 라인을 이용해서 재현이 가능할 것이다라는 것을 의미하기도 합니다.

하지만, 사람은 윤리적인 문제로 "라인"을 만들 수가 없죠. (유대인 라인, 흑인 라인, 백인 라인, 동양인 라인, 한국인 라인 등은 상상만으로도 인종차별주의자가 되기 십상입니다. 다만, 유전학적 스터디에서 이들의 Background는 인종차별이나 우성학과는 별개로 밝혀지기도 합니다.)

그리고, 사람은 문제가 생기면 안되기 때문에, 개체를 대상으로 특정 실험을 수행하기도 아주 어렵습니다. 현재, 여러가지 organ on a chip, iPS, ES Cell 등이 이를 대체할 수 있는 실험이기도 하지만, 여러 제약이 있습니다. 특히 옛날에는 훨씬 더 심했겠죠.

그래서, 1951년도에, 사람 암, 종양을 연구하기 위해서, Johns Hopkins Hospital in Baltimore, Maryland, U.S.에서, George Otto Gey 박사가 Henrietta Lacks라는 흑인 여성의 자궁암 세포를 immortalization 시켜서 암세포주를 세계 최초로 만들게 됩니다. 사람의 세포를 배양해서 사람 혹은 암을 연구하자는 컨셉이었죠.

물론 이 과정에서 동의서를 받지 않아서 문제가 될 소지가 있었지만, 그 당시에는 이런 부분에 대해서 미약했었고, 심지어 당시, 법적으로도 큰 문제가 없었습니다.

그 이후, 실험자의 관찰과 노력으로, 이 암세포는 영구히 암세포주로서 명성을 떨치게 됩니다. HeLa 라는(대소문자 중요) 이름도 환자의 명칭인 Henrietta Lacks에서 유래했죠. https://en.wikipedia.org/wiki/Henrietta_Lacks

실제로 1950년대에 이 HeLa cell line으로 인해서, in vitro culture에 정말 많은 변화가 왔습니다.

당시 "단순히" primary culture로만 실험하던 사람들 눈에는, 대부분의 세포가 그냥 몇 번의 게대 배양(passage)으로 죽어버리는데 반해, 이 세포는 무한히 증식하기에, 어떤 요소가 세포를 immortal하게 만드는지에 대해서 의구심을 갖게 하였고 관련 연구를 이끌었죠.

그리고, 그 세포에 대해서 많은 연구가 진행되면서, 암세포 뿐만 아니라, telomerase 연구, 그리고 심지어, Polio vaccine, Flu, Parkinson씨 병까지 그 세포의 이용은 확장됩니다.

(혹시나 더 많은 것을 알고 싶으신 분은 http://abcnews.go.com/…/immortal-life-henrietta-lack…/story… 이 책을 구입해서 보시면 됩니다. 원서에요. 참고로 전 아무 관계 없습니다.)

개인적으로도 HeLa cell 말고 다른 cancer cell line을 쓴 적이 있는데, 정말 잘 자라더라구요. 조그마한 세포들이 며칠 지나면 plate를 가득 메우는데, 

:) 정말 무한히 증식하더군요.

하지만, 이런 cell line의 발견 이후에, 저 박사님은 관련 세포주를 많은 사람들에게 제공해 줍니다. 추후에는 commercialization 되기도 했죠. 그렇게 퍼져나간지가 벌써 60년이 되었습니다.

그 이후 HeLa cell과는 별개로, 또 다른 랩에서는 다른 종류의 암세포를 이용한 세포주들이 만들어 졌죠. Breast cancer cell line, Lung cancer cell line, Liver cancer cell line 등등 많은 종류의 암세포주가 만들어 졌고, 이를 통한 연구가 진행되었습니다.

과연 이 과정에서, HeLa cell이 다른 세포주와 contamination 되지 않았을까요? 무수히 많은 랩에서 이 세포주를 가지고 실험하는데, 사소한 라벨링 실수 한 번 일어나지 않았을까요? 그리고 그 세포가 진짜 그 세포일까요?

거기에 의문을 품은 사람들이 생각보다 많았습니다.

그 중 하나의 논문을 소개하자면, http://science.sciencemag.org/content/347/6225/938 사이언스에 나온 feature(정식 논문은 아님)인데, 제목도 벌써 멋져요. Line of attack !!! (제목이에요.)

여기서 말하길, Christopher Korch, a geneticist at the University of Colorado, has studied the issue. According to Korch, nearly 5,800 articles in 1,182 journals may have confused HeLa for HEp-2; another 1,336 articles in 271 journals may have mixed up HeLa with INT 407. Together, the 7,000-plus papers have been cited roughly 214,000 times.

즉, 대략 7000개 이상의 논문이 잘못된 세포주를 사용하는 것으로 보인다고 보고하였습니다. 여기서 중요한 것은, 단지 2개의 세포주만을 비교 대상으로 삼았어요. HeLa cell and HEp-2 cell

만약 현재 시판되고 이용되고 있는 400개의 cell line을 합하면 contamination은 훨씬 더 증가하겠죠. 그리고 일부에서는 Human cell line에 Mouse, Pig cell이 contamination되었다는 보고도 있습니다.

특히 최근에는 이런 세포주들의 genetic origin을 상대적으로 값이 싸진 seqeuncing을 통해서 validation하고 있다고 하니깐, 조만간 더 많은 오류들이 보고될 것이라고 예상합니다.

자 그렇다면, 어떤 미래가 펼쳐질까요? 개인적인 생각입니다. 

1. in vitro cell line 실험은 실험 전체의 Main이 되지 못할 것이다.
- 벌써부터 종양을 연구하시는 분들은 그러하지만, 더 이상 Cell line 연구를 통한 실험은 큰 가치를 잃게될 가능성이 큽니다.
- 이는, 실제로 실험을 진행하는 Wet lab 사람 뿐만 아니라, 데이터를 긁어서 쓰는 Bioinformatician에게도 해당하는 사실이 될 것입니다.

2. Cell line을 이용했다면, 어떤 cell line을 이용했는지, 그리고 그 Cell이 적합한 origin을 가졌는지에 대한 Validation 실험이 추가될 것이라고 봅니다.
- 값이 많이 저렴해진, Whole genome sequencing을 통해서, 실험에 이용된 cancer cell line이 제대로된 Cancer cell line인지를 보여주는 데이터를 요구할 가능성이 높을 것이라고 보입니다. 예전에는 가격이 비싸서 못했겠지만, 지금은, 그리고 앞으로는 더 저렴해서, PCR하듯이 데이터를 보여달라고 할 가능성이 높아질 것입니다.
- 그렇게 된다면, Big lab에서 자신들이 가지고 있는 Cell line을 sequencing하고, 이를 근거로, 유망한 cell line만 다시 뽑은 후, 다시금 다른 랩에 기부하거나 공유하게 될 가능성이 큽니다.

3. 최악의 경우에는, Cell line 실험이 가치를 잃어버리고, 더 이상 존재하지 않을 가능성도 배제할 수 없습니다.
- 이런 논의들이 많이 오고가면서, 마치 유행처럼, 이제는 더이상 Cell line은 의미없지모... 하면서 이 실험을 하지 않을 가능성도 있습니다. 가뜩이나, in vitro 실험이 vivo mimicking을 못한다는 단점으로 "in vitro 안 믿어!"라는 판국이기에, 이것이 더 가속화될 수도 있습니다.
-물론 당장 사라지지는 않겠지만, 그 실험의 유의성과 활용도는 분명히 제한될 수 있을 것 같아 보입니다.

자 그럼, 이제 어떻게 해야할까요?

1. 관련 실험을 하시는 분들은, 이제 슬슬 Cancer cell line과의 이별을 준비하시는 것이 좋을 것 같습니다.

- 가급적이면, in vivo 실험으로 대체해낼 방법을 찾거나, Primary culture cell로 실험하는 방법을 찾아야 할 것으로 보입니다.

- Bioinformatician 역시, 어떤 실험 조건의 자료를 크롤링하거나, 모을 때, Cancer cell line이라면, 조금 더 조심히 approach하셔야 할 듯 합니다. 그 cell이 진짜 그 cell이 아닐 수도 있기 때문입니다.

2.꼭 하셔야 겠다면, Validation을 최소한 하시고 실험하시길 바랍니다.

- 자신의 랩이 가지고 있는 Cell을 "clonal expansion(반드시)" 하시고, 그걸 토대로 sequencing하셔서, Cancer cell line의 정당성을 확보하시길 바랍니다. 이 과정에서 특수한 발견을 하실 수도 있지만, 꽝이 된다면, 1번으로 다시 돌아가시면 됩니다.

- 자신의 랩이 sequencing할 여력이 없다면, 다른 랩과 공동으로 sequencing하거나, sequencing해서 정당성이 확보된 세포주를 이용하시길 바랍니다. 이 과정에서 카르텔(?)이 형성될 수도 있습니다. 

문제를 의심하거나, 당연한 것을 당연하지 않다고 생각하면서 도전하는 것. 그것이 바로 과학의 힘이 아닐까 하는 생각을 해 봅니다.

당연히 HeLa cell처럼 보이지만, HeLa cell 이 아니라고 인지하는 순간, 모든 결과가 뒤바뀔 수도 있습니다. 여러분들의 세포주는 100% contamination되지 않았다고 말 할 수 있나요?

https://www.statnews.com/2016/07/21/studies-wrong-cells/?fbclid=IwAR0cDWAXBrUL8huwObZN4DHb5CV9wSDPKQW4XDx6xM_EgVEM_HqYHMV1Qqc