[POSTECH · 美 잭슨랩, 위암 환자 약물 반응성 평가 및 예측하는 체외 플랫폼 개발]

기계공학과·생명과학과·IT융합공학과·융합대학원 장진아 교수 연구팀이 미국 잭슨랩 유전체의학연구소(The Jackson Laboratory for Genomic Medicine) 찰스 리(Charles Lee) 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 암 환자의 약물 반응을 정확하게 예측할 수 있는 3D 위암 모델 개발에 성공했다. 이번 연구는 환자 조직의 특성을 유지하면서 각 환자에 따른 약물 반응을 평가하고, 예측할 가능성을 제시하며, 국제 학술지인 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 최근 게재됐다.

암 치료의 가장 큰 난제는 ‘종양의 이질성’이다. 마치 동일한 레시피로 요리해도 맛이 다르게 나오는 것처럼 같은 암이라도 환자마다 종양의 특성이 달라 약물에 대해 전혀 다른 반응을 보인다. 현재까지는 암 조직을 동물 모델에 이식하여 약물 반응을 관찰하는 PDX^*1 모델이나 암세포 유전자를 분석해 약물의 효과를 예측하는 방법이 주로 사용됐다. 하지만 이 방법들은 시간과 비용이 많이 들고, 모든 환자에게 적용하기에는 한계가 있었다.

POSTECH·잭슨랩 유전체의학연구소 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 3D 바이오프린팅 기술을 이용했다. 연구팀은 환자의 위암 조직 조각, 위에서 유래한 탈세포화 세포외기질(ECM)^*2 하이드로젤로 바이오잉크를 만들어 암세포와 주변 조직(간질세포) 사이의 상호작용을 재현했다. 또, 여기에 위 섬유아세포^*3를 함께 배양해 종양을 둘러싼 미세환경을 더욱 정교하게 구현했다.

연구팀의 3D 위암 모델은 환자 고유의 위 조직 특성을 유지하면서 기존 PDX 모델에 비해 암의 발생과 성장, 약물 반응 관련 유전자 발현 패턴이 실제 환자와 유사했으며, 항암제 효과 및 예후 예측 실험에서 높은 정확성을 보였다. 특히, 이 모델은 조직을 채취한 후 2주 이내에 신속한 평가가 가능하다는 장점이 있다.

 

장진아 교수는 ”이번 연구는 환자 맞춤형 치료법 개발은 물론 새로운 항암제와 병합요법의 효과를 검증하는 전임상 플랫폼으로도 활용될 수 있다는 점에서 의미가 크다“라고 전했다. 찰스 리 교수는 “이 모델은 암세포와 간질세포 간 상호작용을 정밀하게 재현해 약물 반응 정확성을 높이고, 효과가 없는 환자에 대한 불필요한 약물 사용을 줄이는 데 기여할 것”이라는 말을 덧붙였다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 대학중점연구소지원사업, 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 STEAM연구사업 미래유망융합기술파이오니어, 중견연구자지원사업 지원을 받아 수행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202411769

1. PDX(Patient-derived xenograft)
암 연구에서 자주 사용되는 모델로 환자에게서 채취한 암 조직을 면역력이 결핍된 쥐에게 이식하여 암의 성장과 약물 반응을 연구하는 방법이다.

2. 세포외기질(Extracellular Matrix, ECM)
세포 외부에 존재하는 복잡한 구조물로, 세포들이 조직을 형성하고 기능을 수행할 수 있도록 돕는 중요한 역할을 합니다.

3. 섬유아세포(Fibroblast)
결합 조직에서 중요한 역할을 하는 세포다. 주로 콜라겐, 엘라스틴, 그리고 다른 세포외기질(ECM) 구성 요소를 생성하여 조직의 구조와 강도를 유지하는 데 중요한 역할을 한다.