혈관과 소통하는 암, 실시간으로 분석한다!… 상호작용 모사 칩 개발

암세포와 혈관 간의 상호작용을 실제 인체 환경처럼 정밀하게 모사하고 실시간으로 분석할 수 있는 칩 기술이 개발됐다. 환자 맞춤형 항암제 개발에 새로운 전기를 마련했다는 평가다.

UNIST 바이오메디컬공학과 조윤경 교수 연구팀은 암세포와 혈관 사이의 상호작용을 대량으로 실시간 분석하는 미세 유체 칩인 ‘ODSEI 칩’을 개발했다고 14일 밝혔다.

암세포는 빠르게 자라기 위해 정상세포보다 많은 영양분과 산소가 필요하다. 이러한 자원을 스스로 만들 수 없어서 주변의 혈관세포를 자극해 필요한 자원을 끌어온다. 변화무쌍한 암 전이, 약물 내성 메커니즘을 밝히고 효과적 치료 전략을 세우기 위해서 암과 혈관의 상호작용을 이해해야 하는 이유다.

[연구그림] 조윤경 교수팀이 개발한 암 혈관 상호작용 모사 칩

연구팀이 개발한 ODSEI 칩은 1,000개 이상의 암 덩어리(종양 스페로이드)를 혈관 세포와 함께 배양해 분석하는 장치이다. 기존의 폐쇄형 시스템과 달리, 개방형 구조로 설계돼 특정 시점에 원하는 스페로이드만 회수해 유전자 분석을 할 수 있다. 이를 통해 암세포가 혈관과 상호작용하며 내성을 획득하는 경과를 추적할 수 있게 된다.

연구진은 이 기술로 유방암 치료제인 타목시펜의 내성 발생 과정을 연구했다. 단일 세포 RNA 시퀀싱과 단백질 분석을 통해 혈관 약물 전달 효율을 높일 수 있는 바이오마커인 IL-8, TIMP-1을 발굴했다. 또 이 신호 물질들이 암세포의 생존 신호를 활성화하고 치료제에 대한 반응을 억제함으로써 암세포가 약물 내성을 보이는 과정을 규명했다.

연구에 제1저자로 참여한 노주영 학생은 “칩은 특수 코팅된 이중층 다공성막으로 설계돼 개방형 구조를 가지면서도 실제 인체와 유사한 환경을 모사할 수 있다”고 설명했다. 암세포와 혈관 세포는 물리적으로는 분리돼 있지만, 신호 물질은 자유롭게 오갈 수 있어 영향을 주고받을 수 있는 구조다. 또한 각 암세포 스페로이드는 개별 웰(well)에 분리돼 배양되므로, 간섭 없이 스페로이드 단위로 독립적인 관찰과 분석이 가능하다.

조윤경 교수는 “종양 미세환경을 정교하게 모사한 조건에서 약물 내성을 효과적으로 연구할 수 있는 길이 열렸다”며 “이 기술은 환자 맞춤형 치료법 개발을 위한 중요한 플랫폼이 될 것”이라고 기대했다.

이번 연구는 기초과학연구원(IBS)과 보건복지부의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 세계적 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 4월 3일 출판됐다. 그 혁신성과 중요성을 인정받아 권두 표지논문으로 선정됐으며, 미세유체칩 분야 핫 토픽(hot topic)에도 올랐다.