항암 치료는 종양의 유전체나 분자 구성에 따라 환자마다 결과가 다르다. 환자 개인에 최적화된 맞춤형 치료 전략이 중요한 이유다.
포스텍은 조동우 기계공학과 교수와 김병수 부산대 의생명융합공학부 교수, 가오그 중국 베이징대 교수 공동연구팀이 3차원(3D) 세포 프린팅 기술을 이용해 실제 암과 유사한 성질을 갖춘 체외 모델을 만드는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 환자에게 얻은 암세포나 줄기세포를 배양해 약물 반응을 사전에 시험하고 환자에게 맞는 치료제를 찾을 수 있다.
실제 암과 유사한 체외 모델을 만들려면 암세포를 서로 응집된 ‘스페로이드’ 형태로 배양하는 것이 중요하다. 스페로이드는 3차원으로 배양된 세포의 원형 집합체를 말한다. 특히 암이 진행되는 동안 암의 크기와 혈관으로부터의 위치는 암의 저산소증으로 인한 혈관신생을 좌우한다. 암의 전이를 정확하게 재현하려면 이같은 특성을 모사할 수 있어야 한다. 그러나 암의 병리학적 특성을 모사한 체외 모델은 지금까지 보고된 바가 없었다.
공동연구팀은 3차원 암 스페로이드를 손쉽게 제작할 수 있는 세포 프린팅 기술을 개발했다. 크기와 위치를 제어할 수 있는 3D 암 스페로이드를 바이오잉크 내에서 직접 프린팅하는 방법이다.
암, 혈관 모델 제작 개념도. 포스텍 제공.
암, 혈관 모델 제작 개념도. 포스텍 제공.
연구팀은 스페로이드의 크기 조절을 통해 저산소증 영역 형성을 확인하고 전이와 관련 유전자 발현 정도를 비교했다. 또 바이오잉크 내에 혈관 내피세포로 구성된 혈관을 암 스페로이드와 함께 프린팅해 암·혈관 모델을 제작했다.
연구팀은 개발한 모델을 통해 혈관으로부터 다양한 거리에 위치한 암 스페로이드를 프린팅하고 혈관과의 거리에 따른 암의 전이 양상 변화를 관찰하는 데 성공했다. 또 실제 암의 미세 환경에서 발생하는 혈관의 기능 장애와 새로운 혈관 생성뿐만 아니라 염증 현상까지 암과 혈관 사이의 겨리 조절을 통해 유발할 수 있다는 사실도 확인했다.
조동우 교수는 “실제 혈관의 구조를 모사한 체외 혈관과 함께 암 스페로이드를 프린팅해 암이 혈관으로 전이되는 양상을 보다 정확하게 재현했다”고 설명했다.
연구진은 이번 연구를 통해 향후 다양한 암 환자 유래 세포를 이용한 ‘환자 맞춤형 체외 암·혈관 모델’을 제작할 수 있는 가능성을 확인했다. 연구결과는 국제학술지 ‘스몰 메소프’에 지난달 14일 표지논문으로 게재됐다.
