이제는 실험용 쥐에서 암세포를 키워 항암제를 연구하는 대신, 폐암 환자들의 개인별 특성을 시험관에 그대로 재현한 ‘아바타’ 바이오칩에 여러 종류의 항암제를 적용해보고, 가장 부작용이 적고 치료 효과가 좋은 항암제를 골라 실제 환자에게 투약할 수 있는 새로운 맞춤형 정밀의학 시대가 왔다.

서울아산병원 병리과 장세진 교수·의생명연구소 김민서 박사팀은 환자의 폐암세포를 배양해 개인별 특성을 그대로 재현하는 ‘오가노이드(장기유사체)’ 배양 기술을 확립하고, 항암제 개발 과정에서 약물 유효성을 검증하는 전임상시험 암 모델로서 매우 유용하다는 것을 증명했다.

특히 장세진 교수팀은 정상세포는 억제하고 폐암세포만 선택적으로 키워 암 조직구조를 이루게 하는 오가노이드 배양기술 개발에 세계 처음으로 성공해, 네이처 커뮤니케이션즈의 편집자로부터 ‘주목할 만한 연구’에 최근 선정됐다.

또한 이를 활용한 바이오칩 약물평가 플랫폼도 함께 개발돼 환자들은 진정한 의미의 맞춤형 항암제를 찾을 수 있게 됐고 폐암 신약개발 과정에도 적극 활용할 수 있을 전망이다.

폐암은 암 사망 원인 중 1위인 고위험 암으로 혁신적인 항암제와 치료법 개발이 필요하다. 하지만 폐암은 조직학적 특성과 유전체 변이 특성이 다양해 환자마다 모두 다른 암이라고 할 정도로 다양성을 보이며, 항암제 개발과정에서 쥐나 토끼같은 실험동물도 많이 소요돼 대체 플랫폼인 암 오가노이드의 개발이 절실했다.

암 오가노이드란 환자의 조직 특성을 체외에서 재현한 암 모델로, 환자의 암 조직을 소량 채취해 생체 내 기질과 비슷한 구조에서 3차원으로 배양한 암 조직 유사체다. 배양 접시 바닥에서 2차원으로 암세포를 배양하는 경우와 달리 3차원으로 배양하면 암조직의 기능과 구조까지 평가할 수 있다.

장세진 교수팀은 환자의 폐암 조직을 소량 채취하여 생체와 유사한 구조에서 3차원으로 배양하는 기술을 개발했으며, 폐암 세포가 생존하는데 필요한 여러 성장인자들을 조합해 최적화한 배양액을 만들어 정상세포는 억제하고 암세포만 자라게 해 생체와 유사한 암 조직구조를 이루게 하는데 성공했다.

연구진이 배양에 성공한 환자유래 폐암 오가노이드는 모체가 되는 각 환자의 폐암 조직 유형과 일치했고, 유전체 변이 특성도 그대로 재현하고 있었다.

특히 배양된 환자의 폐암 조직은 살아있는 상태로 장기간 보관할 수 있어 환자의 암 아바타로써 시험관 내에서 다양한 항암제로 시험치료를 한 후 최적의 항암제를 선택해 환자에게 적용하는, 진정한 의미의 환자맞춤형 치료가 가능하게 됐다.

또한 이 기술을 활용하면 동물실험을 대신할 수 있어 실험동물의 희생도 줄어들며, 신약 연구개발에 드는 비용과 시간도 단축할 수 있게 될 전망이다.

더불어 장세진 교수는 융합의학과 정기석 교수와 함께 암 오가노이드를 빠르게 배양하고 연구에 활용할 수 있는 미세유체칩 원스톱 시스템도 개발했다.

암 오가노이드를 실제 임상에 적용하기 위해서는 암세포 배양기술을 바탕으로 규격화된 암 오가노이드를 바이오칩 위에서 배양하고, 바로 항암제 평가 및 반응성 분석을 할 수 있는 키트화 된 검사체계가 필요하다.

이 검사체계 구축을 위해 장세진 교수팀은 미세유체 생리시스템을 이용하여 암 오가노이드를 바이오칩 위에 빠르게 안착하고 배양한 뒤 약물평가를 하는 미세유체칩 원스톱 시스템을 개발하기도 했다.

장세진 서울아산병원 병리과 교수는 “독자적인 암 오가노이드 배양기술을 확보함으로써 서울아산병원에서 보유한 국내 최대 수준의 풍부한 임상데이터와 유전체 분석기술을 바탕으로 한국형 정밀의학 모델을 선도해 나갈 것”이라며,

“폐암 오가노이드 바이오뱅킹은 구축이 완료됐고, 한국인이 고위험에 속하는 대장암, 위암, 간암의 환자 유래 오가노이드 바이오 뱅크를 구축 중에 있으며 정밀의학용 진단 플랫폼도 개발하고 있어, 더 많은 환자들이 최적의 항암제를 찾을 수 있게끔 노력하겠다”고 덧붙였다.

한편, 이번 연구는 2016년 산업통상자원부의 포스트 게놈 다부처 유전체 사업 과제와 바이오핵심기술사업에 선정돼 진행됐으며 ‘네이처 커뮤니케이션즈(I.F=11.878)’ 9월호에 실렸다. 또한 미세유체칩 연구도 ‘랩 온 어 칩(I.F=6.914)’ 최근 게재됐다.