국내 연구진이 환자 뇌암세포에서 약물의 효능을 테스트하고 종양-기질 세포 비율을 조절할 수 있는 ‘다중 입구 회전타원체 생성기’를 개발했다.

서울대병원 백선하 교수, 성균관대 박성수 교수(한석규 박사과정) 공동 연구팀은 3D 종양 회전타원체 모델을 구축해 종양미세환경에서 쉽고 안정적으로 약물 농도를 제어할 수 있는 다중 입구 회전타원체 생성기를 개발했다고 27일 밝혔다.

암 환자의 약물 반응을 예측하기 위해서는 종양미세환경을 잘 반영하는 회전타원체와 같은 3차원 종양 모델이 사용된다. 이러한 3차원 종양 모델은 실제 종양과 유사하며, 암 환자 약물 스크리닝의 효과적인 방법으로 여겨진다. 하지만 항암제의 고처리 스크리닝을 위한 세포 배양을 위해 사용하는 3D 하이드로겔 멀티웰 스크리닝, 미세 유체 칩, 오가노이드-환자 유래 세포 배양 등의 기존 방법은 과정의 복잡성과 긴 소요 시간, 높은 비용 등으로 한계가 있다.

이에 연구팀은 약물과 세포를 간단하고 안정적으로 주입할 수 있는 ‘다중 입구 회전타원체 생성기’를 개발했다. 이 생성기의 중앙 주입구는 종양 회전타원체를 형성하기 위해 매달린 방울을 형성하고, 측면 주입구는 추가 약물이나 기질 세포를 회전타원체에 나르는 데 사용된다.

다중 입구 회전타원체 생성기는 단일 입구 생성기와 달리, 행잉드롭에 가해지는 압력을 증가시키지 않고 측면 주입구를 통해 추가 용액을 전달할 수 있기 때문에 행잉드롭이 떨어질 위험이 줄어든다. 또한, 측면 주입구의 직경 변경을 통해 생성기 내에 보유할 수 있는 용액의 부피 조절할 수 있어, 매달려 있는 드롭의 최종 약물 농도를 쉽게 조정할 수 있다.

추가로 기존에 종양 회전타원체의 종양-기질 비율을 수동적으로 혼합해 제어했던 방식과 달리, 다중 입구 회전타원체 생성기는 직경이 서로 다른 측면 주입구에 다양한 부피의 기질 세포를 주입해 종양-기질 비율을 쉽게 제어할 수 있었다. 연구팀은 측면 주입구를 통해 기질세포 40μL를 주입 시, 종양-기질 비율을 약 66%까지 증가시킬 수 있는 것을 확인했다. 이는 인체의 종양미세환경을 효과적으로 구현했음을 뜻한다.

이번 논문은 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이시즈(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 최근호에 표지모델로 게재됐다.

신경외과 백선하 교수(서울대병원 신경외과)는 “다양한 종양-기질 비율을 가진 회전타원체들은 암 환자의 예후에 미치는 영향을 관찰하는 고속 처리 대량 스크리닝(High Throughput Screening)에 유용하게 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.

성균관대 기계공학과 박성수 교수(성균관대 기계공학과)는 “본 연구를 통해 3D 종양 스페로이드 모델의 복합 약물 스크리닝과 종양미세환경의 재현을 성공적으로 이뤄냈다”라며 “앞으로 약물 개발 및 암 관련 기초·응용 연구뿐만 아니라 화학, 화장품, 식품 생산, 재료 과학 등 다양한 분야에 적용이 가능한 도구가 되기를 기대한다”라고 말했다.