KAIST, 다조건 항암제 효능 동시 평가 '스크리닝 기술' 개발

박제균 바이오및뇌공학과 교수 연구팀,
바이오프린팅 및 랩온어칩 기술 한계점 극복

바이오프린팅-랩온어칩 통합 기술과 항암제 효능 평가 기술의 개략도. ⓒ한국과학기술원

한국과학기술원(KAIST)은 바이오프린팅 시룰로 랩온어칩 내 종양 모델을 집적해 다조건 항암제 효능을 동시에 평가할 수 있는 스크리닝 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

KAIST에 따르면 박제균 바이오및뇌공학과 교수 연구팀은 기존 바이오프린팅 및 랩온어칩 기술 한계점을 극복하고 장점을 극대화해, 복잡한 종양 미세환경이 구현된 랩온어칩을 개발해 여러 분석 변수가 반영된 약물 스크리닝을 수행하는 데 성공했다.

바이오프린팅은 조직이나 장기의 복잡한 형상과 조성을 체외환경에서 재현할 수 있는 생체모사 기술이지만 제작된 생체모델 배양 환경 제어와 분석이 어렵다.

반면 랩온어칩은 미세 유체채널 내에서의 유체 제어 기술에 기반해 배양 환경의 정교한 제어와 다양한 분석 수행이 가능하지만, 미세한 유체 통로 내부에 생체 환경을 모사하는 데 한계가 있었다.

연구진은 바이오프린팅 기술로 서로 다른 조성으로 구성된 총 36개 종양 모델을 랩온어칩 내에 형성한 후, 동일한 소자 내에서 12가지 실험 조건에 따른 항암제 효능을 동시에 평가하는 데 성공했다.

연구팀은 바이오프린팅의 우수한 공간적 자유도와 다양한 생체재료를 활용할 수 있다는 장점을 이용해, 세 가지 서로 다른 조성으로 이루어진 36개의 종양 모델을 하나의 미세 유체소자에 집적시켰다. 세포를 유동 배양해 물질 수송에 핵심 구조물인 혈관 벽과 종양 덩어리를 모사해 네 가지 농도의 항암제를 종양 모델에 유입함으로써, 하나의 소자에서 12가지 실험 조건의 약물 평가를 수행했다.

또 연구팀은 혈관 벽에 의해 약물 분자의 수송이 저해되고 종양 덩어리 내부까지 침투되는 현상을 관찰할 수 있었고, 체내 수송 과정을 모사하지 못했던 기존 종양 모델과 약물 효능에 큰 차이를 보인다는 것을 확인했다.

이처럼 바이오프린팅-랩온어칩 통합기술을 활용해 모델 복잡성, 모델 수, 모델 처리량 등 다양한 변수를 고려한 체외 종양 모델을 제작할 수 있었고, 신뢰성 있는 약물 평가를 수행할 수 있었다.

박제균 교수는 “바이오프린팅과 랩온어칩의 통합기술로 제작된 미세 유체 세포배양 및 분석 플랫폼의 개발에 따른 신뢰성 있는 약물 평가 모델에 대한 성과”라며 “향후 다양한 조직 및 장기 특성을 모사하고 생물학적 분석과 약물 효능 평가를 고효율로 수행할 수 있는 동물실험 대체용 차세대 체외 세포배양 및 분석 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.