효과적 항암제 약물 개발 실마리···칩으로12가지 조건 항암제 동시 평가

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 바이오프린팅 기술로 36가지 종양 미세환경을 유체채널 내부에 모사해 12가지 실험 조건에 따른 항암제 효능을 동시에 평가했다.

박제균 KAIST 바이오뇌공학과 교수.(사진=KAIST)

KAIST는 박제균 바이오뇌공학과 교수 연구팀이 기존 바이오프린팅(생체조직과 유사한 구조물을 만드는 3D 프린팅 기술)과 랩온어칩(미세유체 소자·시스템) 기술의 한계를 극복해 복잡한 종양 미세환경이 구현된 랩온어칩을 개발해 여러 분석 변수가 반영된 약물 선별작업(스크리닝)을 했다고 16일 밝혔다.

바이오프린팅은 조직이나 장기의 복잡한 형상과 조성을 체외환경에서 재현할 수 있는 생체모사 기술이다. 하지만 제작된 생체모델의 배양 환경 제어와 분석이 어렵다. 반면, 랩온어칩은 미세 유체채널 내에서의 유체 제어 기술에 기반해 배양 환경의 정교한 제어와 다양한 분석 수행이 가능하다. 다만, 미세한 유체 통로 내부에 생체 환경을 모사하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 바이오프린팅 기술로 서로 다른 조성으로 구성된 총 36개의 종양 모델을 랩온어칩 내에 형성한뒤 같은 소자 내에서 12가지 실험 조건에 따른 항암제 효능을 동시에 평가했다.

연구팀은 바이오프린팅의 우수한 공간적 자유도와 다양한 생체재료를 활용할 수 있다는 장점을 이용해, 세 가지 서로 다른 조성으로 이루어진 36개의 종양 모델을 하나의 미세 유체소자에 집적시켰다. 세포를 유동 배양해 물질 수송에 핵심 구조물인 혈관 벽과 종양 덩어리를 모사해 네 가지 농도의 항암제를 종양 모델에 유입하고, 하나의 소자에서 12가지 실험 조건의 약물 평가를 수행했다.

연구팀은 혈관 벽에 의해 약물 분자의 수송이 저해되고 종양 덩어리 내부까지 침투되는 현상을 관찰했다. 또 체내 수송 과정을 모사하지 못했던 기존 종양 모델과 약물 효능에 차이를 보인다는 것을 확인했다.

이처럼 바이오프린팅·랩온어칩 통합기술을 활용해 모델 복잡성, 모델 수, 모델 처리량 등 변수를 고려한 체외 종양 모델을 제작하고, 더 신뢰성 있는 약물 평가를 수행했다.

박제균 교수는 “바이오프린팅과 랩온어칩의 통합기술로 제작된 미세 유체 세포배양, 분석 플랫폼 개발에 따른 신뢰성 있는 약물 평가 모델에 대한 성과”라며 “다양한 조직과 장기 특성을 모사하고 생물학적 분석과 약물 효능 평가를 고효율로 수행하는 동물실험 대체용 차세대 체외 세포배양·분석 기술로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’에 지난 달 3일자 온라인판에 게재됐다.

다양한 실험조건을 하나의 체외 세포배양 플랫폼에 구현하기 위한 바이오프린팅-랩온어칩 통합 기술과 이를 활용한 ‘랩온어칩 종양 모델’에서의 항암제 효능 평가 기술의 개략도.(자료=KAIST)