물방울 모양 세포 뭉치로 암 치료제 약물 실험 한 번에 끝낸다

KAIST, 조립형 스페로이드 플랫폼 개발
암 치료제 다중 스크리닝 실험 가능

스페로이드 모습./Axion Biosystems

국내 연구진이 암 치료제의 효과와 안전성을 한 번에 평가할 수 있는 기술을 개발했다. 작은 물방울 형태로 세포 뭉치들을 대규모로 만들어 약물 실험에 필요한 시간을 줄이고 효율성을 높일 것으로 기대된다.

박제균 한국과학기술원(KAIST) 바이오 및 뇌공학과 교수 연구팀은 다양한 스페로이드 배열을 맞춤형으로 손쉽게 제작하고 구획화해 다중 시약을 처리할 수 있는 ‘조립형 마이크로어레이 플랫폼’을 개발했다고 27일 밝혔다.

스페로이드(Spheroid)는 다수의 단일 세포가 3차원으로 배양된 세포집합체를 말한다. 스페로이드 제작 기술은 현재 단일 조건의 스페로이드를 대량으로 만드는 것은 가능하지만, 인체 조직 기능을 모사할 수 있는 크기로 만들기 어렵다는 한계가 있다. 약물의 종류와 농도처럼 다양한 실험 조건을 평가하는 다중 약물 스크리닝도 불가능하다. 다중 약물 스크리닝이 가능하도록 만들더라도 대규모 제작이 어렵다.

연구팀은 조립식 플랫폼을 활용해 스페로이드의 기능을 향상시켰다. 이 플랫폼은 ‘행잉드롭 마이크로어레이’와 ‘그래디언트 블록’, ‘오목 기둥 마이크로어레이’를 핵심 기술로 활용한다. 행잉드롭 마이크로어레이는 고드름에 매달린 물방울처럼 세포를 중력으로 응집해 균일한 스페로이드를 만드는 역할을 한다. 그래디언트 블록은 경사면을 가진 블록으로, 행잉드롭 마이크로어레이와 합쳐 스페로이드의 크기를 조절한다. 오목 기둥 마이크로 어레이는 스페로이드를 회수하는 데 사용한다.

박제균 한국과학기술원(KAIST) 바이오 및 뇌공학과 교수 연구팀이 개발한 '조립형 마이크로어레이 플랫폼' 개념도./KAIST

새로 개발한 플랫폼은 단 세 번의 세포 혼압용액 주입으로 세포 조성 10가지, 삼중배양 스페로이드 100개를 만든다. 스페로이드는 작은 물방울 형태로 구획화돼 다중 시약 처리가 가능했다. 연구팀은 이 플랫폼을 사용하면 스페로이드 분석과 실험이 획기적으로 개선될 수 있다고 설명했다.

박제균 교수는 “다양한 크기와 조성을 갖는 스페로이드 어레이를 대규모로 제작하고, 원하는 대로 이동시키는 고효율 스크리닝 플랫폼을 개발했다”며 “연구자들이 다양한 세포 조성으로 이뤄진 스페로이드 어레이를 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’에 지난달 30일 온라인 게재됐다.

참고 자료

Advanced Healthcare Materials(2024), DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.202400501

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