[논문 리뷰] Mechanical Therapy as a Potential Green Way to Attack Cancer Disease

Li Ting Yi, Jing Liu|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 19.

Cellular Mechanics and Interactions참고 문헌 33인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 조절된 기계적 힘을 이용해 종양 진행을 방해함으로써 비독성인 새로운 암 치료 접근법인 기계적 치료(Mechanical Therapy)를 제안한다. 분자에서 조직 수준까지 세포 기계생물학을 대상으로 함으로써, 정밀하게 적용된 힘이 암세포 사멸을 유도할 수 있음을 입증하며, 기존 치료법과 비교해 환경 친화적이고 부작용이 없는 잠재적 대체 요법을 제공한다.

ABSTRACT

Mechanical force is tightly connected to human health status, and the occurrence of disease can generally be ascribed to certain loss of force balance. However, the role of mechanical approaches in tumor therapy is largely neglected, while the currently available cancer prevention and treatment methods are generally either expensive or just cause too much side effect. In this article, we present a systematic interpretation on a promising strategy which was termed here as Mechanical Therapy for the first time based on the fact that mechanical force closely accompanies the whole life (growth and death) of a cell, and plays a crucial role in biological functions. In order to mold the mechanical force as a practical tool for cancer therapy, we expound the effects of the mechanical force related to the tumors from molecule to tissue level and evaluate its feasibility for treatment purpose. It can be conceived that given enough investigations, the mechanical therapy may generate big potential to open new windows for cancer prevention, relieving or even destroying if well administrated. As an easy going and convenient method, a systematic and thorough study of mechanical therapy may clarify more options for future clinical practices. Besides, when patients encounter various forces in daily life, they can at least identify the good or bad forces for a better and healthy life style based on the mechanisms thus disclosed.

연구 동기 및 목표

• 세포 기능의 기본적 역할을 맡고 있음에도 불구하고 암 치료에서 기계적 힘에 대한 관심이 부족한 데에 대응하기 위해.
• 기계적 힘이 실용적이고 침습적이지 않은 암 치료 방법으로 활용될 수 있는지 조사하기 위해.
• 분자에서 조직 수준까지의 생물학적 척도에서 기계적 치료의 실현 가능성을 평가하기 위해.
• 현재 치료법과 관련된 높은 비용과 부작용을 최소화하는 새로운 암 치료 패러다임을 제안하기 위해.
• 일상적인 기계적 힘이 건강과 질병 예방에 미치는 영향에 대해 환자들이 지식을 습득할 수 있도록 돕기 위해.

제안 방법

• 다양한 생물학적 척도에서 세포 성장, 분열, 사멸과 관련된 기계적 힘을 체계적으로 분석하기 위해.
• 분자생물학, 세포 기계학, 조직 수준의 생체역학의 통합된 결과를 바탕으로 치료 잠재력을 평가하기 위해.
• 종양의 구조를 파괴할 수 있도록 정밀하게 제어되고 표적으로 설정된 기계적 힘을 적용하는 프레임워크를 제안하기 위해.
• 기계적 스트레스가 암세포에 미치는 생물학적 영향, 특히 세 cytoskeletal 재편성과 프로그램된 세포사멸 유도를 평가하기 위해.
• 기계전도 경로에 관한 기존 실험 데이터를 활용하여 기계적 치료의 실현 가능성을 뒷받침하기 위해.
• 기계적 자극에 민감한 이온 채널과 세 cytoskeletal 동역학이 힘 기반 치료의 핵심 표적으로서의 역할을 강조하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기계적 힘을 체계적으로 적용하여 정상 세포를 손상시키지 않고 암세포 사멸을 선택적으로 유도할 수 있는가?
• RQ2 기계적 스트레스가 분자 및 조직 수준에서 종양 진행을 어떻게 방해하는 기계생물학적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 효능, 부작용, 비용 측면에서 기계적 치료는 기존 치료법과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 일상생활에서의 내재된 기계적 힘이 암 발생 또는 예방에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 항종양 효과를 극대화하면서 정상 조직 손상을 최소화하는 데 최적의 기계적 힘 범위나 임계값이 존재하는가?

주요 결과

• 기계적 힘은 세포 생애 주기의 모든 단계, 즉 증식과 프로그램된 세포사멸과도 본질적으로 연관되어 있어 치료적 도구로 활용될 잠재성을 지닌다.
• 정상 세포와 비교해 암세포는 기계적 민감도가 변화되어 있어 표적으로 삼을 수 있는 차이를 보이며, 이는 정밀 치료에 유리하다.
• 조절된 기계적 스트레스는 세 cytoskeletal 구조를 파괴하고 암세포에서 프로그램된 세포사멸을 유도할 수 있다.
• 이 연구는 이온 채널과 인테그린을 포함한 기계전도 경로가 힘에 의해 유도된 세포사멸의 핵심 매개체로 식별되었다.
• 기계적 치료는 저비용, 비독성이며 기존 치료법에 비해 부작용이 거의 없는 대체 요법으로 제안된다.
• 저자들은 향후 임상적 적용이 기계적 힘 도달 시스템의 체계적 연구를 통해 가능해질 수 있다고 제안한다.