성균관대 김태형 교수팀, 체외 3차원 항암 약물 검사 플랫폼 개발 … 평면 배양 방식보다 신뢰도 높아

성균관대학교는 글로벌메디컬공학과 김태형 교수 연구팀이 높은 생체 재현율의 체외 항암 약물 스크리닝(검사)이 가능한 새로운 개념의 상향식 시스템 암 스페로이드(3차원 구조 세포집합체) 형성 플랫폼을 개발했다고 30일 밝혔다.

암세포에 대한 기존의 체외 약물 스크리닝은 2차원 세포 배양 방식에 기반한 검출 기술에 국한돼 생체 재현성이 낮고 약물의 효능을 정확히 파악하기 어려웠다. 특히 암세포에 대한 약물의 항암을 확인하기 위한 스크리닝에서는 연관 한계가 더욱 두드러진다. 대다수의 암은 생체 내에서 3차원의 종양 형태로 존재하는데, 이는 세포 간 신호·물질 전달 등 상호작용의 결과이며 약물에 대한 반응에도 밀접히 관여한다. 2차원으로 배양된 세포에서는 이런 상호작용이 충분히 발생할 수 없기 때문에 약물에 대한 반응도 생체와 다르게 나타날 수 있는 것이다.

또한 2차원 배양 환경에서는 약물이 세포에 쉽게 도달해 반응성이 과장될 수도 있었다.

연구팀이 이번에 개발한 방식은 구형도 0.9 이상(1에 가까울수록 온전한 구형)의 스페로이드를 하나의 플랫폼상에 100개 이상 동시에 형성할 수 있어 이들에서 유래된 전기화학 신호를 실시간으로 정밀 탐지·분석할 수 있다.

또한 섬유아세포와 암세포의 공배양 시스템이 적용돼 종양 미세환경을 더 구체적으로 반영하며 약물에 대한 반응성과 침투성을 효과적으로 재현할 수 있다. 연구팀은 서로 다른 작용경로를 가지는 2가지 약물(시스플라틴, 히드록시우레아)을 결장 선암(腺癌)에 투여해 임상 결과와 상응하는 결과를 도출했다.

김 교수는 "이번 연구 성과는 고도화된 암세포 스페로이드 표적의 3차원적 신호 측정을 기반으로 생체에 대한 높은 재현성을 체외에서 구현할 수 있다"며 "기존 체외 항암 약물 스크리닝 기술에 혁신을 가져올 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 논문은 화학공학분야 세계적 학술지 엘시비어(Elsevier) 출판의 '화학공학저널(Chemical Engineering Journal)'에 다음 달 15일에 실릴 예정이다. 김태형 교수가 교신저자, 김철휘 박사와 구복남 박사과정생이 제1저자로 공동 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단, 나노·소재기술 개발 사업, 범부처 재생의료기술개발사업, 한국보건산업진흥원의 한국형 ARPA-H 프로젝트의 지원으로 수행됐다.