항암제 효능 정밀평가 '3차원 생체칩' 개발

이상철 분당서울대병원 교수(비뇨의학과)와 전성윤 카이스트 교수(기계공학과)가 인체와 유사한 환경에서 항암제 전달 과정을 살펴볼 수 있는 3차원 생체칩 개발에 성공했다.

3차원 생체칩은 투명한 실리콘재질로 만든 USB 크기의 작은 실험공간. 세포외기질세포 등을 칩 내부에 배양해 실제 인체조직과 유사한 형태와 기능을 갖추고 있다.

지금까지 항암제 효능평가를 위해 2차원 생체칩을 이용했다. 하지만 혈관세포에 관한 고려 없이 암세포만 배양할 수 있고, 샘플을 회수하기 위해 칩을 파괴해야 하는 등 결과 분석도 어려웠다.

이상철전성윤 교수팀은 2차원 생체칩의 한계를 극복하기 위해 암세포는 물론 혈관세포까지 공동배양할 수 있는 상부개방형 3차원 생체칩을 개발했다. 새 시스템은 혈관세포로 뒤덮인 생체칩을 이용해 약물과 영양소가 혈관을 통해 전달되는 과정을 관찰할 수 있다. 체내 항암제 전달과정을 재현할 수 있고, 암과 혈관세포 배양 시작시기와 위치 조절도 가능하다. 샘플 회수와 분석도 편리하다.

이상철전성윤 교수팀은 3차원 생체칩을 활용해 항암제 내성 암세포와 기존 암세포의 항암제 효능을 분석했다. 분석 결과, 혈관이 항암제를 전달하는 첫 매개체로 항암제 효능을 악화시킨다는 사실을 발견했다.

전성윤 교수는 생체칩을 이용해 실제 체내와 유사한 환경을 3차원으로 구현하고, 암세포와 혈관을 함께 배양해 혈관을 통해 약물을 전달하는 과정을 관찰할 수 있도록해 약물 효능을 평가할 수 있는 플랫폼을 개발했다는데 의의가 있다고 설명했다.

이상철 교수는 지금까지 혈관세포가 항암제 효능을 낮추는 요인으로 주목을 받지 못했다면서 새로운 생체칩을 이용해 항암제가 혈관을 통해 암세포로 전달되는 과정을 분석한 결과, 혈관세포가 암 조직에 도달해야 하는 항암제의 양을 감소시키고, 특히 항암제 내성 암조직에서는 혈관세포가 더욱 항암제 효능을 떨어뜨리는 것을 확인했다고 밝혔다.

이 교수는 그동안은 항암제 내성과 약물저항에 혈관세포의 영향을 중요하게 다루지 않았지만 이번 연구를 통해 항암제 효능평가 시 혈관세포의 역할에 관해 고려가 필요함이 밝혀졌다며 이번에 개발한 혈관이 포함된 3차원 생체칩은 암종별 항암제 효능을 더욱 정밀하게 평가할 수 있어 환자 맞춤형 치료전략을 세우는데 적극 활용할 수 있을 것이라고 기대했다.

3차원 생체칩 연구는 SCI 저널인 Biofabrication(피인용지수 9.0)에 게재됐다.