[로이슈 전여송 기자] KAIST는 기계공학과 안송이 교수팀이 성균관대학교 안중호 교수팀, 분당차병원 임재준 교수, 차의과학대학교 강윤정 교수팀과 교모세포종 환자의 치료 반응을 예측할 수 있는 환자 맞춤형 혈액 뇌종양 장벽 칩을 개발했다고 18일 밝혔다.

이번 연구는 환자에게서 얻은 교모세포종 세포와 뇌혈관을 구성하는 세포를 미세유체 칩에서 함께 배양해 종양 주변의 혈관장벽 환경을 재현하고 항암제에 대한 환자별 반응을 확인하는 방식으로 진행됐다.

교모세포종은 암세포가 정상 뇌조직으로 침투하고 환자마다 종양의 특성이 달라 치료가 어려운 악성 뇌종양이다. 특히 뇌의 혈액 뇌 장벽은 혈액 속 물질이 뇌로 유입되는 것을 제한해 항암제가 종양까지 도달하는 데 영향을 미친다.

교모세포종이 발생하면 종양 주변의 혈관장벽도 변화하는데 그 정도와 특성은 환자마다 다를 수 있다. 기존에는 종양의 유전자와 바이오마커 등을 활용해 치료 반응을 예측했지만, 연구팀은 이 같은 정보만으로 환자별 혈관 환경과 실제 약물 반응을 파악하는 데 한계가 있다고 설명했다.

연구팀이 개발한 칩은 상하 이중층 구조로 구성됐다. 위쪽 혈관 채널에는 사람 뇌혈관 내피세포를 배양하고 아래쪽 조직 채널에는 정상 별아교세포와 환자 유래 교모세포종 세포가 3차원 네트워크를 형성하도록 했다. 두 층 사이에는 미세다공성 막을 배치했다.

혈관 주변세포와 면역세포인 미세아교세포를 추가한 5종 세포 공배양 모델도 구축했다. 이를 통해 교모세포종 세포와 별아교세포 간 신호 전달과 혈관 투과성 변화 등 종양 주변 미세환경을 칩에서 관찰했다.

연구팀은 서로 다른 교모세포종 환자 3명의 종양세포를 이용해 각각의 혈액 뇌종양 장벽 칩을 제작했다. 세 환자는 MGMT 프로모터 메틸화라는 유전적 특징을 공유했지만 칩에서 나타난 혈관장벽 특성과 항암제 반응, 면역 신호에는 차이가 있었다.

이어 교모세포종 치료에 사용되는 테모졸로마이드와 베바시주맙을 각각 적용해 치료 반응을 비교했다. 연구팀에 따르면 칩에서 관찰한 환자별 혈관장벽 특성과 약물 반응은 실제 환자들의 무진행생존기간과 진행후생존기간 등 임상 경과와 유사한 양상을 보였다.

다만 이번 연구는 환자 3명을 대상으로 한 개념 입증 단계다. 실제 의료현장에서 치료법을 선택하는 검사로 활용하기 위해서는 다기관·다수 환자를 대상으로 한 전향적 임상 연구를 통해 예측 성능과 재현성을 추가로 검증해야 한다.

연구팀에 따르면 환자의 수술 조직에서 종양세포를 확보할 경우 약 2주 안에 환자별 칩 모델 제작과 실험을 진행할 수 있다. 향후 검증을 거치면 여러 치료제를 칩에 적용해 환자별 치료 반응을 비교하거나 신약 후보물질을 평가하는 데 활용할 수 있다는 설명이다.

이번 연구에는 KAIST 기계공학과 류민수 박사과정과 성균관대학교 이가은 박사과정이 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 재료·나노 분야 국제학술지 ‘Small’에 지난 6월 27일 게재됐다.

안송이 KAIST 기계공학과 교수는 “이번 연구는 환자 유래 종양세포와 혈액-뇌종양 장벽을 함께 재현함으로써 환자마다 다른 치료 반응을 실제와 가깝게 평가할 수 있는 플랫폼을 제시했다는 점에서 의미가 있다”며 “향후 보다 많은 환자를 대상으로 검증해 교모세포종 환자의 맞춤형 치료 전략 수립과 신약 개발을 위한 전임상 평가 플랫폼으로 발전시키기를 기대한다”고 말했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr