분당서울대병원 이상철 비뇨의학과 교수와 KAIST 전성윤 기계공학과 교수는 혈관에서 항암제가 전달되는 과정을 관찰할 수 있는 ‘3차원 생체칩’을 개발했다. 이 생체칩은 투명한 실리콘 재질로 만들었으며, USB처럼 크기가 작다. 또 세포외기질과 세포 등을 칩 속에 배양해 신체 인체 조직과 비슷한 형태와 기능을 갖는다.
그동안 항암제 효능을 평가할 때는 2차원 생체칩을 활용했다. 2차원 생체칩은 혈관 세포를 고려하지 않고 암세포만 배양했다는 점, 샘플 회수를 위해 칩을 파괴해야 한다는 점 등의 한계를 갖는다. 연구팀이 3차원으로 공동 배양하는 상부 개방형 생체칩은 혈관 세포로 뒤덮여 있어, 약물과 영양소가 혈관을 통해 전달되는 과정을 관찰할 수 있다.
연구팀은 이번에 개발한 생체칩으로 체내에서 항암제가 전달되는 과정을 재현했다. 암과 혈관세포의 배양 시작 시기와 배양 위치를 연구팀이 직접 조절했고, 샘플 회수와 분석도 기존 2차원 생체칩 대비 편리하다는 점을 확인했다. 연구팀은 생체칩을 활용해 항암제 내성을 가진 암세포와 기존 암세포에 대한 항암제 효능을 비교했다. 분석 결과, 항암제를 전달하는 매개체인 혈액이 항암제 효능을 약화시킨다는 것이 발견됐다. 혈관 세포가 암 조직에 도달해야 하는 항암제의 양을 감소시켰기 때문이다. 특히 항암제 내성을 가진 암 조직에서 항암제 효능은 더욱 떨어졌다.
전 교수는 “이번 연구는 생체칩을 이용한 암 환경을 실제 체내 환경과 유사하게 3차원으로 구현한 것”이라고 말했다. 이 교수는 “이번 연구를 통해 항암제 효능평가에서 혈관 세포의 역할을 고려해야 한다는 점이 밝혀졌다.”며 “혈관이 포함된 3차원 생체칩은 암종별 항암제 효능을 더욱 정밀하게 평가할 수 있어 환자 맞춤형 치료 전략을 세우는데 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.
해당 연구 논문은 국제학술지 ‘바이오패브리케이션’에 게재됐다.
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