[사진] (왼쪽부터) 울산의대 서울아산병원 종양내과 김정은 교수, 융합의학과 탁은영 교수 · 최지완 박사 · 한규영 연구원.

환자의 암 조직을 체외에서 3차원으로 배양해 실제 암 특성을 재현하는 암 오가노이드가 정밀 치료의 핵심 토대로 주목받는 가운데, 국내 연구진이 기존 방식으로는 배양이 어려웠던 희귀암 연부조직육종의 오가노이드를 성공적으로 구현해 냈다.

울산의대 서울아산병원 종양내과 김정은 교수, 융합의학과 탁은영 교수 · 최지완 박사 · 한규영 연구원은 연부조직육종 환자의 암세포를 젤라틴 기반의 3차원 환경에서 배양함으로써 종양의 특성을 그대로 재현한 오가노이드 모델을 확립했다고 최근 밝혔다.

연부조직육종은 지방, 근육, 신경 등 연부조직에서 발생하는 희귀암이다. 50개 이상의 다양한 아형을 지녀 같은 연부조직육종 환자라도 이질성이 매우 크다. 그동안 오가노이드 배양에 주로 사용돼 온 메트리겔(Matrigel) 기반의 방식은 육종암의 복잡한 특성을 재현하기 어려워 오가노이드 형성 실패율이 높았다.

연구팀은 먼저 기존 지지체인 메트리겔이 육종암 특유의 물리적 강도와 미세환경을 충분히 구현하지 못한다는 점에 착안하여, 생체 적합성이 뛰어난 젤라틴의 농도와 가교 조건을 최적화했다. 이를 통해 실제 인체 조직과 유사한 탄성을 가진 3차원 하이드로젤 지지체를 제작했다. 그 다음 환자의 수술 조직에서 분리한 암세포를 이 환경에 안착시켜, 세포 생존율을 극대화하고 실제 종양과 흡사한 입체 구조를 형성하는 데 성공했다.

이후 구축된 오가노이드의 신뢰성을 검증하기 위해 차세대 염기서열 분석(NGS)과 병리 조직학적 검사를 수행했다. 그 결과 젤라틴 기반 환경에서 배양된 오가노이드가 실제 환자의 암 조직과 유전적 변이 패턴 및 단백질 발현 양상이 매우 흡사함을 확인했다.

특히 연구팀은 젤라틴 지지체가 암세포 내부의 미토콘드리아 기능을 활성화하고 세포 간 접착을 강화해, 장기 배양 시에도 오가노이드의 구조적 안정성을 유지하게 만드는 분자 생물학적 기전을 정밀하게 분석해 냈다.

환자 유래 오가노이드를 활용하면 환자에게 가장 효과적인 항암제 조합을 사전에 예측하고 재발 위험과 치료 반응성을 개별적으로 평가할 수 있다. 이번 연구도 향후 연부조직육종 환자를 위한 맞춤 항암제 스크리닝 등 정밀의료 실현의 중요한 기반을 제시한 점에서 의의가 높다.

탁은영 울산의대 서울아산병원 융합의학과 교수는 “이번 연구를 통해 기존 방식으로는 구축이 어려웠던 연부조직육종 오가노이드의 기술적 한계를 젤라틴 기반의 3차원 배양 환경을 구축해 해결했다. 새로운 오가노이드 배양 플랫폼은 환자 맞춤형 치료 전략을 수립하는 데 실질적인 도구로 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

연구 결과는 생체재료 기반의 융합연구 분야 저명 학술지 ‘바이오머터리얼즈 리서치(피인용지수 9.6)’ 최신호에 게재됐다.

                                 [그림] 연부조직육종 환자 유래 암 오가노이드 모델 개발 모식도