3D 바이오프린팅 위암 모델, 환자 맞춤형 항암치료 방향 제시

포스텍(POSTECH) 연구팀이 암 환자의 약물 반응을 정확하게 예측할 수 있는 3D 위암 모델을 개발했다. 이를 통해 환자의 개별 특성을 유지하면서, 환자별 약물 반응을 평가하고 예측할 수 있는 가능성을 제시할 수 있게 됐다는 평가다. 이번 연구 개발 결과는 국제 학술지인 「어드밴스드 사이언스(Advanced Science)」에 최근 게재됐다.

환자마다 다른 종양의 특성

암 치료에서 가장 큰 난제라 하면 ‘종양의 이질성’을 빼놓을 수 없다. 같은 암을 앓고 있는 환자라도, 저마다 종양의 특성이 달라 약물에 대한 반응이 다르게 나타난다는 것이다. 

현재까지는 암 조직을 동물 모델에 이식해 약물 반응을 관찰하는 ‘PDX 모델’, 또는 암 세포 유전자를 분석해 약물의 효과를 예측하는 방법이 주로 사용됐다. 하지만 이 방법들은 시간과 비용이 많이 들고, 모든 환자에게 적용하는 데는 한계가 있다.

POSTECH 기계공학과·생명과학과·IT융합공학과·융합대학원 장진아 교수 연구팀은 미국 잭슨랩 유전체의학연구소의 찰스 리 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 ‘3D 바이오프린팅 기술’로 이러한 한계를 극복하고자 했다.

공동 연구팀은 3D 바이오프린팅 기술을 토대로 환자의 위암 조직 조각, 그리고 위에서 유래한 탈세포화 세포외기질(ECM) 하이드로젤을 사용해 바이오 잉크를 만든 다음, 암 세포와 주변 조직(간질세포) 사이의 상호작용을 재현했다. 여기에 위 섬유아세포를 함께 배양해, 종양을 둘러싼 미세환경을 더욱 정교하게 구현하고자 했다.

환자별 맞춤형 암 치료법 제시

이렇게 만들어진 3D 위암 모델은 환자 고유의 위 조직 특성을 유지하면서도 기존 방법보다 더 나은 성과를 보였다. 기존 PDX 모델에 비해 암의 발생, 성장, 약물 반응 관련 유전자 발현 패턴이 실제 환자와 유사하게 나타났다. 또한, 항암제 효과 및 예후 예측 실험에서의 정확도도 더 높았다. 특히, 3D 위암 모델은 조직을 채취한 후 2주 이내에 신속한 평가가 가능하다는 장점이 있다.

장진아 교수는 3D 바이오프린팅 기술로 위암 모델을 만든 이번 연구에 대해 “환자 맞춤형 치료법 개발은 물론, 새로운 항암제와 병합요법의 효과를 검증하는 전임상 플랫폼으로도 활용될 수 있다는 점에서 의미가 크다”라고 전했다. 

공동 연구를 진행한 찰스 리 교수는 “이 모델은 암 세포와 간질세포 간 상호작용을 정밀하게 재현해 약물 반응 정확성을 높이고, 효과가 없는 환자에 대한 불필요한 약물 사용을 줄이는 데 기여할 것”이라는 말을 덧붙였다.

3D 바이오프린팅으로 만든 위암 모델에 관한 이번 연구는 한국연구재단 대학중점연구소지원사업, 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 STEAM 연구사업 미래유망융합기술파이오니어, 중견연구자 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.