위암 환자 맞춤형 치료 구현될까…3D 바이오 프린팅 '오가노이드' 개발

포스텍

게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 3D 바이오 프린팅 기술로 체내 위암 환경을 구현해 항암제가 환자에게 미칠 영향을 예측했다. 위암 정밀 맞춤치료 연구에 새로운 이정표를 제시했다. 

포스텍은 장진아 기계공학과·IT융합공학과·생명과학과·융합대학원 교수, 조동우 기계공학과 교수, 김지수 시스템생명공학부 통합과정생, 정재호 연세대 외과학교실 교수, 김정민 의생명과학부 박사 연구팀이 위암 환자 유래 암오가노이드(PDOs)로 맞춤형 치료를 위한 혈관화된 위암 모델을 제작하는 데 성공했다고 25일 밝혔다. PDOs는 환자의 조직이나 종양 세포로 만든 3차원 유기체를 의미한다. 

위암은 동양인에게 많이 나타나는 암종으로 국제암연구소에 따르면 2020년 기준 한국인의 위암 발생률은 세계에서 3번째로 높다. 현재 기술로는 체외에서 치료제 효과를 검증하기 어렵다. 위암의 병리학적 특징과 종양을 둘러싼 복잡한 환경 등을 모사하는 데 한계가 있기 때문이다.

연구팀은 한계를 넘기 위해 위암 환자에서 유래한 오가노이드와 3D 바이오 프린팅 기술로 실제 위암 혈관 구조와 환경을 완벽하게 재현한 VOM(혈관화된 오가노이드 모델)을 제작했다. 

위암의 미세한 혈관 구조와 체내 환경을 재현한 위암 모델 ‘VOM’. 포스텍 제공.

이 오가노이드 모델은 콜라겐 등 위 특이적인 기질 단백질이 풍부한 탈세포화 세포외기질을 사용해 만들었다. 세포 생존율은 90% 이상으로 높았고 실제 위암과 높은 유사도를 보였다. 

연구팀은 환자별 VOM을 제작해 약물실험을 진행했다. 그 결과 동일한 약물을 처리해도 환자 모델마다 다른 반응을 보였다. 실제 임상시험 결과와도 일치했다. 임상 전 단계에서 환자의 반응을 예측할 때 VOM을 활용할 수 있다는 의미다. 

VOM은 혈관 내피 성장 인자 수용체(VEGFR2)에 대한 임상 반응도 정확하게 재현했다. 현재 임상에서 사용하고 있는 표적은 사람 상피세포 증식 인자 수용체(HER2)가 유일하기 때문에 표적이 보다 다양해진 셈이다. 

장진아 교수는 “환자 맞춤형 암 치료를 위한 유망한 플랫폼을 개발했다”며 “이 플랫폼은 약물이 혈관을 통해 작용하는 다른 유형의 암에도 적용할 수 있는 잠재력이 있다”고 말했다. 

정재호 교수는 “고도화된 생체모델 플랫폼을 활용해 다양한 임상시험을 실험실 수준에서 시뮬레이션했다”며 “항암 치료제에 대한 효과를 미리 판단해 암 정밀 의료 실현에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것”이라고 설명했다. 논문은 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 게재됐다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]