정석-사경하 교수팀, 하버드 의과대학 김현호 박사, 국립암센터 이혜원 교수와 '공동연구'
항암제 안 듣는 주원인 '암세포와 주위 미세환경 간 상호작용 구현할 비임상 연구 플랫폼' 개발
연구팀, "이를 표적으로 하는 새로운 항암치료 전략 수립에 활용될 수 있을 것"
논문, 저명한 국제 저널 ‘Advanced Science’에 게재
[보건타임즈] 환자의 암세포를 암 주변의 세포와 함께 배양, 항암제에 저항하는 내성을 확인할 수 있는 미세유체 칩이 개발됐다.
고려대학교(총장 정진택) 공과대학 기계공학부 정석 교수(사진 하단 右) 연구팀은 하버드 의과대학의 김현호 박사(상단 左), 고려대 의과대학 사경하 교수(상단 右), 국립암센터 비뇨의학과 이혜원 교수(하단 左)와 공동연구를 통해 개발한 미세유체 칩을 통해 환자의 암세포를 암 주변의 세포와 함께 배양, 암세포가 항암 약물에 저항하는 내성을 확인했다며 이같이 발표했다.
현재 김현호 박사는 하버드 의과대학에서 박사 후 연수를 하고 있으며, 하버드 의과대학의 이학호 교수도 이 연구에 참여했다.
이 연구 결과를 상세하게 정리한 논문은 Recapitulated crosstalk between cerebral metastatic lung cancer cells and brain perivascular tumor microenvironment in a microfluidic co-culture chip이란 주제로 세계 권위 학술지 Advanced Science(IF: 16.8)에 6월 3일 온라인 게재됐다.
이 논문 저자에 김현호 (제1저자/고려대), 사경하 (제1저자/고려대), 공동저자에는 김재훈(고려대), 최동희(고려대), 강석현(고려대), 오현정(고려대), 정다은(Thermo Scientific), 남도현(서울삼성병원), 교신저자엔 이학호(하버드의대), 이혜원 (국립암센터), 정석(고려대) 교수가 각각 이름을 올렸다.
이에 따르면 맞춤형 항암치료를 위해선 환자가 앓는 암세포의 유전체 정보와 암세포의 특성, 암 조직의 환경을 고려, 약물이 선별돼야 한다.
하지만 종양의 유전적 다양성 때문에 유전체 정보로는 적합한 표적 항암제를 제시하기가 어려울 뿐 아니라 쥐를 이용한 동물 실험은 실제 인간의 다양한 세포와 종양 미세환경을 대변하기가 쉽지 않은 사례가 흔히 보고되고 있다.
이를 극복하기 위해선 인간의 세포를 이용하되, 암세포가 자라던 원래 환경의 특성을 재현하는 것이 중요하다.
이에 연구팀은 미세유체 칩 기술을 이용, 암세포 환자에게서 분리한 암세포가 주변의 특수한 환경하에서 암세포가 자라도록 만들었다. (그림 1)
특히 뇌로 전이한 폐암을 핵심 표적으로 개발했다.
뇌로 전이한 폐암 세포는 뇌라는 장기의 특수성으로 기존에 투여되는 약물이 듣지 않는 내성이 빈번하게 나타난다.
즉 뇌에만 존재하는 미세환경의 특수성으로, 뇌혈관 장벽이나 성상세포들로 오히려 암세포를 보호하려는 기전이 발생해서다.
연구진은 뇌혈관 세포, 성상세포, 세포외 기질로 이뤄진 미세환경을 미세 유체칩 내에서 배양, 뇌 미세환경을 구현해 냈으며 이를 기반으로 뇌전이 폐암 환자에게서 유래된 암세포를 함께 배양하는 데 성공했다.
암세포만 배양했을 때처럼 미세환경과 공동배양한 뒤 약물 반응을 유전체 시퀸싱, 분자 단위 프로파일을 이용해 확인한 결과, 뇌의 미세환경으로 발생하는 폐암 세포의 변화를 확인할 수 있었다는 게 연구팀의 설명이다.
기존의 세포 배양 플랫폼과 달리 미세유체 칩은 세포 간의 간격이 micro meter 수준으로 가까운 데다 미세유체 채널 내에서 세포들이 분비하는 사이토카인(혹은 화학인자)들의 농도가 빠르게 증가, 유지돼 세포 간의 신호가 밀접하게 전달된다.
이를 통해 암세포와 미세환경 세포들이 실제 환경과 비슷하게 동화돼 가는 과정을 재현할 수 있다. (그림 2)
실제 임상에서 사용되는 항암 약물들을 칩에 적용한 결과 유전체 예측과는 다른 약물의 반응성을 확인할 수 있게 됐으며 폐암 세포를 뇌 미세환경에 배양할 경우, 암세포의 생존력이 상승하면서 전사체 네트워크 프로파일도 변화하는 것을 관찰할 수 있었다는 것이다.
연구팀은 이 과정이 실제 환자 체내에서 이뤄지는 약물 저항성의 형성 원인과 유사할 것이라고 봤다.
연구팀은 "기존 항암치료제가 듣지 않는 가장 주요한 원인인 암세포와 주위의 미세환경 간의 상호작용을 구현할 수 있는 비임상 연구 플랫폼을 개발함으로써 암세포-암주위 미세환경 에코시스템의 분자생물학적 기전 규명과 이를 표적으로 하는 새로운 항암치료 전략 수립에 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다.
이 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 바이오·의료기술개발사업, 산업통상자원부의 3D 생체 조직 칩 기반 신약개발플랫폼구축사업, 한국보건산업진흥원의 보건의료기술연구개발사업 등의 지원으로 수행됐다.
기사최종편집일: 2024-05-01 06:40:12
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