연세의대와 POSTECH(포항공과대학교) 공동 연구팀은 3D 바이오 프린팅 기술로 위암과 세포를 둘러싼 생체 환경을 완벽하게 구현함으로써 임상 전 단계에서 환자의 항암제 반응을 예측하는 데 성공했다.

이로써 위암 정밀 맞춤 치료 연구의 새로운 이정표가 제시됐다는 평가가 나오고 있다.

연세의대 외과학교실 정재호 교수ㆍ의생명과학부 김정민 박사, POSTECH 기계공학과ㆍIT융합공학과ㆍ생명과학과ㆍ융합대학원 장진아 교수, 기계공학과 조동우 교수, 시스템생명공학부 통합과정 김지수 등 공동 연구팀은 ‘위암 환자 유래 암오가노이드(Patient derived organoids, PDO)’를 활용하여 맞춤형 약물 치료를 위한 혈관화 위암 모델을 개발하는 데 성공했다고 25일 밝혔다.

이 연구 결과는 국제학술지 Advanced Functional Materials 최근호에 논문으로 발표됐다.

그에 따르면 임상시험은 신약이나 새로운 치료법의 효과를 검증하기 위해 사람을 대상으로 진행한다. 임상 전 단계에서 환자 반응을 예측하면 임상시험에 참여할 환자를 선별하고, 예상치 못한 부작용을 줄일 수 있으며, 그로 인해 성공률을 높일 수 있다. 하지만 현재 기술로는 체외에서 위암의 병리학적 특징과 종양을 둘러싼 복잡한 환경 등을 모사하는 데 한계가 있다.

연구팀은 위암 환자에서 유래한 오가노이드와 3D 바이오 프린팅 기술로 실제 위암 혈관 구조와 환경을 완벽하게 재현한 VOM(vascularized organoid model)을 제작했다.

이 모델은 콜라겐 등 위 특이적인 기질 단백질이 풍부한 탈세포화 세포외기질(stomach-derived decellularized Extracellular Matrix, st-dECM)을 사용해 90% 이상의 높은 세포 생존율을 보였으며, 실제 위암과 높은 유사도를 보였다.

이를 바탕으로 연구팀은 환자별 VOM을 제작해 약물 실험을 진행했다. 그 결과 동일한 약물을 처리하더라도 환자 모델마다 반응이 다르게 나타났으며, 이는 실제 임상시험 결과와 일치했다. 환자의 미세한 위암 혈관 구조와 생체 조건을 재현한 VOM으로 임상 전 단계에서 환자의 반응을 예측할 수 있게 된 것이다.

또 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 유일해 이 표적에 반응하지 않는 경우 효과가 없었는데, 이번 연구를 통해 보다 다양한 치료법 개발이 가능해진 것이다.

POSTECH 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 밝혔다.

연세의대 정재호 교수는 “고도화된 생체모델 플랫폼을 활용해 다양한 임상시험을 실험실 수준에서 시뮬레이션함으로써 항암제 효과를 미리 판단하여 암 정밀 의료 실현에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것”으로 기대했다.

이 연구는 한국연구재단 대학중점연구소사업과 범부처 재생의료 기술개발사업, 산업통산자원부 스마트특성화기반구축사업, 한국연구재단 집단연구지원사업, 보건복지부 국립암센터 등의 지원으로 진행됐다.