국내 연구진이 3D 바이오프린팅과 인공지능(AI)을 융합해, 개별 환자의 암 특성과 항암제 반응성을 정밀하게 예측할 수 있는 맞춤형 종양 오가노이드 모델을 개발했다.

재생의료 전문기업 티앤알바이오팹은 UNIST(울산과학기술원), 서울아산병원과 함께 구성한 공동연구팀이 기존 암 모델의 한계를 극복하고, 환자 맞춤형 정밀 진단과 치료 예측이 가능한 시스템을 구축하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

기존 암 오가노이드 모델은 종양 미세환경을 충분히 재현하지 못해, 환자 간 종양 특성 차이를 반영하기 어렵다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 3D 바이오프린팅 기술을 활용해 방광암·대장암 환자의 종양 특성을 실제처럼 모사할 수 있는 오가노이드 모델을 구현했다.

이 기술은 암 조직과 유사한 기질 강성(약 7.5kPa)과 저산소 환경을 재현하는 것은 물론, 종양 특이 단백질인 CEACAM5의 발현 패턴을 반영함으로써 환자 간 암 특성을 정밀하게 구분할 수 있도록 설계됐다. 또한, 항암제 5-FU(5-플루오로유라실)에 대한 반응성도 시뮬레이션할 수 있어, 환자 맞춤형 치료 전략 수립에 실질적인 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 3D 바이오프린팅으로 생성된 종양 오가노이드 이미지를 머신러닝 알고리즘으로 분석해, 형광 염색이나 유전자 분석 없이도 암 특성을 자동 분류하는 AI 기반 시스템도 개발했다. 이를 통해 암세포 특성과 치료 반응을 더욱 빠르고 정확하게 평가할 수 있게 됐다는 설명이다.

향후에는 면역세포와 혈관 구조 등 종양 미세환경을 더 정교하게 모델링해, 환자 맞춤형 치료 전략 개발에 기여한다는 계획이다.

이번 연구를 주도한 UNIST 바이오메디컬공학과 강현욱 교수는 “이번 기술은 개별 환자의 암 특성을 더욱 정밀하게 분석하고, 최적의 치료 전략을 제시할 수 있는 맞춤형 의료 모델로서 큰 의미를 갖는다”며 “향후 더 다양한 종양 연구 및 치료제 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science, 임팩트 팩터 15.1)’에 게재됐다.