'암세포 체외배양' 치료제 반응 미리 예측…'미세유체칩' 개발

(서울=뉴스1) 강승지 기자 = 국내 연구진이 암세포를 체외 배양해 항암 치료제 반응을 미리 예측할 수 있는 '미세유체 칩'을 개발했다. 기존 항암제에 내성이 생긴 난치암 환자의 치료에 도움이 될 전망이다.

고려대학교의료원은 정석 고려대 공과대학 기계공학부 교수와 사경학 의과대학 교수 연구팀이 김현호 하버드 의과대학 박사, 이혜원 국립암센터 비뇨의학과 교수와의 공동연구를 통해 환자 암세포를 암 주변의 세포와 함께 배양해 암세포에 대한 약물 저항성을 확인할 수 있는 미세유체칩을 개발했다고 7일 밝혔다.

환자 맞춤형 치료를 위해서는 암세포의 유전체 정보와 특성, 암조직의 환경을 고려해 약물을 선별하는 과정이 필요하다. 하지만 종양의 유전적 특성이 다양하기 때문에 유전체 정보만으로는 적합한 표적 항암제를 제시하기가 어렵다.

쥐를 이용한 동물 실험으로는 실제 인간의 다양한 세포와 종양 미세환경을 대변하지 못하는 경우도 있다. 이를 극복하기 위해 인간의 세포를 이용하되 암세포가 자라던 원래 환경의 특성을 재현하려는 시도가 활발히 진행되고 있다.

연구진은 미세유체칩 기술을 이용해 암세포 환자에게서 분리한 암세포가 그 주변의 특수한 환경에서 자라도록 만들었다. 특히 뇌까지 전이함 폐암을 핵심 타깃으로 개발했다.

뇌로 전이된 폐암세포는 뇌라는 장기의 특수성으로 인해 기존에 투여된 약물이 듣지 않는 경우가 빈번하다. 뇌혈관장벽(BBB), 성상세포들로 인해 오히려 암세포를 보호하려는 기전이 발생하기 때문이다.

연구진은 우선 뇌혈관 세포, 성상세포, 세포외 기질로 이루어진 미세 환경을 미세유체칩 내에서 배양해 뇌 미세환경을 구현해냈다. 이후 뇌전이 폐암 환자에게서 유래한 암세포를 함께 배양하는 데 성공했다.

암세포만 배양한 경우와 미세환경 아래에서 공동 배양한 경우의 약물 반응을 유전체 시퀀싱, 분자 단위 프로파일 등의 방식을 이용해 확인한 결과 뇌의 미세환경으로 인해 발생하는 폐암세포의 변화를 확인할 수 있었다.

연구진에 따르면 미세유체칩은 기존 플랫폼과 달리 세포 간 간격이 마이크로미터 수준으로 가깝다.

아울러 미세유체 채널 내에서 세포들이 분비하는 사이토카인 또는 화학인자들의 농도가 빠르게 증가, 유지되기 때문에 세포들 간의 신호 전달이 밀접하게 이뤄진다. 그로 인해 암세포와 미세환경 세포들이 실제 환경과 비슷하게 동화돼 가는 과정을 재현할 수 있다.

연구진이 실제 임상에서 사용되는 항암제들을 칩에 적용한 결과, 유전체 예측과는 다른 약물의 반응성을 나타냈다. 또한 폐암세포를 뇌 미세환경에 배양했을 때 암세포의 생존력이 증가하면서 전사체 네트워크 프로파일도 변화하는 것을 확인했다.

연구진은 이런 과정이 실제 환자의 체내에서 이뤄지는 약물 저항성의 형성 원인과 유사할 것이라고 보고 있다.

연구진은 "이로써 암세포-암주위 미세환경 에코시스템의 분자생물학적 기전을 규명하고 이를 타깃으로 하는 새로운 항암 치료전략 수립에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 3일 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science, 첨단과학회지)'의 온라인판에 게재됐다.

연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 바이오·의료기술개발사업, 산업통상자원부의 3D생체조직칩기반 신약개발플랫폼구축사업, 한국보건산업진흥원의 보건의료기술연구개발사업 등의 지원으로 이뤄졌다.

ksj@news1.kr