고형암 면역치료 성패 체외에서 미리 안다

- 고형암 조직 CAR-T 치료 예측 3차원 암 미세환경 칩 개발 -

□ 한미 국제공동 연구진이 인간 고형암의 체내 환경을 3차원 칩 위에서 정밀하게 재현하고 치료 효과를 예측할 수 있는 미세공학 플랫폼을 개발했다.

□ 한국연구재단(이사장 홍원화)은 서강대학교와 미국 펜실베니아대학교의 국제공동연구를 통해 설립된 서강-유펜 신종감염병 테라노스틱스 융합연구센터 강태욱 교수(서강대), 허동은 교수(펜실베니아대) 연구팀이 인간 고형암 조직을 미세공학적으로 이식하고 혈관화해 CAR-T 세포치료를 체외에서 모델링할 수 있는 혁신적인 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

□ CAR-T 세포치료는 환자의 면역세포(T세포)를 채취해 암세포를 공격하도록 유전적으로 조작한 후 다시 환자의 몸에 주입하는 면역항암 치료법이다.

○ 현재까지 혈액암에만 제한적으로 적용되고, 고형암의 경우 암 조직 내 복잡한 미세환경과 면역세포 침투의 한계로 인해 치료 효과 예측이 어려웠다.

○ 특히 기존의 동물모델이나 2차원 세포배양 시스템으로는 고형암의 복잡한 반응을 재현할 수 없는 것 역시 한계였다.

□ 공동연구진은 이런 한계를 극복하기 위해 실제 환자의 암 조직을 모사할 수 있도록 설계한‘3차원 암 미세환경 칩’을 개발했다.

○ 이 플랫폼은 암 조직 내의 미세혈관 구조, 암세포와 이를 둘러싼 면역세포 및 기질세포 간의 복합 상호작용, 조직 내 산소 농도와 생화학적 환경 등을 정밀하게 재현했다.

○ 이를 통해 고형암 내에서 CAR-T 세포가 암세포에 접근하고 공격하는 전 과정을 실시간으로 관찰하고 분석할 수 있었다.

○ 첨단 라이브 이미징과 인공지능(AI) 기반 빅데이터 분석기술을 접목해 CAR-T 세포의 이동, 결합, 공격, 사멸 단계까지 세밀하게 추적하는 데 성공했다.

○ 이는 기존의 2차원 세포배양이나 동물실험으로는 불가능했던 실제 인체 내 상황을 정교하게 재현함으로써, 환자 유래 암 조직을 직접 활용해 개인별 종양 특성과 면역 반응을 체외에서 미리 예측할 수 있는 것이 핵심이다.

○ 연구진은 본 플랫폼을 통해 관찰한 CAR-T 세포의 작동 과정과 실제 환자 임상 반응과의 높은 상관관계를 확인, 임상시험 및 신약 개발 예측력을 크게 높였다.

□ 강태욱 교수는 “고형암 CAR-T 치료 효과를 예측하는 이번 미세공학 플랫폼 개발은 다양한 면역항암제 연구에도 새로운 전환점을 제시할 것으로 기대된다”며, “향후 임상 연구와 연계해 인체 내 반응을 더 정밀하게 재현하는 방향으로 발전시키겠다”고 밝혔다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 해외우수연구기관 협력허브 구축사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 생명과학 및 화학분야 국제 저명 학술지인 ‘네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'에 10월 17일 게재되었다.

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(그림1) 고형암의 체외 이식 및 장기 유지를 위한 미세공학 시스템

생체 내와 종양-혈관 인터페이스를 재구성하도록 설계된 미세공학 장치에서의 고형 종양 이식에 대한 개념적 설명에 대한 그림. 장치 내에서 혈관화되고 관류 가능한 종양 구조물을 구축하기 위한 실험 절차의 설명과 시간 경과에 따른 장치 내 혈관 발달을 보여주는 대표적인 형광 현미경 사진.

그림설명 및 그림제공 : 가천대학교 신용희 조교수

(그림2) 체외 이식된 고형암에서 CAR-T 세포 치료

체외 이식된 고형암에 CAR-T 세포 치료를 진행하고, 진행 과정에 따른 암 조직의 변화를 관찰한 사진

그림설명 및 그림제공: 가천대학교 신용희 조교수

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