뇌 전이 암 발병 원리 3D 프린팅 뇌혈관으로 본다

포스텍·부산대·베이징이공대

왼쪽부터 조동우 포스텍 기계공학과 교수, 박원빈 통합과정생, 김병수 부산대 의생명융합공학부 교수. 포스텍 제공.

3D 바이오프린팅으로 만든 인공뇌혈관을 통해 혈관의 굽은 각도가 크면 전이암 발생 위험이 높아진다는 점이 확인됐다. 뇌전이암 치료를 위한 신약 개발에 이 기술을 활용할 수 있을 것으로 기대됐다.  

구불구불한 형태 때문에 유속이 느려지는 강물 구간에는 모래 알갱이들이 쌓인다. 마찬가지로 혈관 또한 구불구불하기 때문에 곡률의 영향을 받을 수 있다. 포스텍은 조동우 기계공학과 교수, 김병수 부산대 의생명융합공학부 교수, 가오그 중국 베이징이공대 교수 연구팀이 인공뇌혈관을 제작해 혈관의 굽은 정도가 뇌의 종양 세포에 영향을 미친다는 점을 확인하고 연구결과를 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈’에 발표했다고 5일 밝혔다. 

뇌전이암은 다른 조직에서 분리된 암세포가 뇌로 복잡하게 얽힌 혈관을 타고 이동해 발생한다. 뇌혈관을 직접 관찰하기 어렵기 때문에 발병 메커니즘을 연구하기 위해 다양한 체외 모델이 개발되고 있다. 

연구팀은 뇌혈관 체외 모델을 만들기 위해 뇌혈관 제작에 특화된 바이오 잉크를 개발했다. 기존 잉크는 3D 프린팅 모델이 완전히 굳을 때까지 구조를 유지하지 못해 복잡한 뇌혈관을 모사하기 어려웠다.

연구팀은 뇌에서 유래한 탈세포화 세포외기질(BdECM)과 해조류에서 추출한 알긴산을 혼합해 하이브리드 BdECM을 만들었다. 이 잉크는 프린팅된 직후 빠르게 안정화돼 복잡한 뇌혈관 구조를 정교하게 인쇄할 수 있다. 

연구팀은 이 잉크로 뇌혈관 내피세포층, 주위 세포층, 별아교세포·신경세포층을 포함한 다중 세포층으로 구성된 기능성 뇌혈관을 다양한 곡률로 제작했다. 이를 바탕으로 뇌혈관 구조에 따른 순환 종양 세포의 이동 변화를 살핀 결과 혈관의 굽은 각도가 클수록 더 많은 암세포가 혈관 내벽에 부착된다는 점을 확인했다. 

암세포와 뇌혈관 조직 사이의 상호작용에 따른 전이암 발달 메커니즘을 분자 수준에서 관찰했고 뇌혈관 모델을 바탕으로 컴퓨터 시뮬레이션 분석도 진행했다. 혈관의 굽은 각도가 혈류 유속, 혈관 전단응력 변화 등에 미치는 영향을 비교해 뇌혈관 곡률과 암전이의 관계를 생체역학적으로 확인한 것이다. 

조동우 교수는 “바이오 프린팅된 뇌혈관 모델에서 뇌혈관 곡률에 따른 암전이 양상을 분자적·역학적 수준에서 관찰함으로써 질병 발생 메커니즘을 연구할 수 있었다”며 “뇌전이암 치료를 위한 신약 개발 연구에 이 기술을 응용할 수 있을 것으로 전망한다”고 말했다. 

[문세영 기자 moon09@donga.com]