항암 약물 반응성은 32% 상승 반면 침윤성은 58% 낮아
뇌종양을 모사한 스페로이드 활용 뇌종양 극복 위한 플랫폼 제작
약물 전달률을 높여 뇌종양 치료 효과를 높이는 방법이 나왔다.
연세대 의과대학 의학공학교실(성학준·신영민·유승은 교수/ 백세움 연구원) 연구팀은 뇌종양 약물 효과를 제고하는 방안을 고안해 뇌종양을 유발한 스페로이드에서 실제 효능을 확인했다고 11일 밝혔다.
전체 뇌종양의 15%를 차지하는 교모세포종은 뇌 속 교세포에 종양이 발생하는 병이다. 세계보건기구(WHO)가 종양 악성도에 따라 나눈 4개의 등급에서 최악인 4등급에 속할 정도로 치료가 어렵다.
교모세포종이 발생한 뇌의 위치에 따라 경련, 언어, 시야 장애 등 다양한 증상이 일어난다. 종양 증식 속도가 빨라 증상 악화도 빠르다. 증상 악화로 뇌압이 급격히 상승하면 두통, 구토, 의식 소실이 나타난다. 치료방법은 수술, 방사선, 약물 등이 있으나 교모세포종은 약물 내성을 빠르게 갖는다. 종양이 세포 분열로 내부에 산소가 부족해지고 저산소 상태는 항암제 저항성을 갖게 하는 유전자 발현으로 이어진다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 교모세포종에 산소를 공급하는 방안을 마련하고 실제 효능을 테스트하기 위해 교모세포종을 그대로 재현한 스페로이드를 만들었다.
먼저, 종양의 세포 분열로 발생한 저산소 상태가 약물 반응을 떨어뜨린다는 점에서 산소 방출형 마이크로파티클을 활용해 산소 공급을 늘리는 방안을 만들었다. 마이크로파티클은 크기가 0.1~100 마이크로미터에 이르는 미세 입자다.
종양 표면에 마이크로파티클과 함께 소량의 과산화수소를 투여하면 화학 반응이 나타나 충분한 산소가 지속적으로 발생하는데 실제 효과를 확인하기 위해 교모세포종을 옮긴 스페로이드 제작을 이어갔다. 스페로이드란 단일세포들이 수십개 이상 모여 3차원 구 형태를 이룬 집합체다.
스페로이드를 산소 방출형 마이크로파티클로 처리한 결과, 미처리한 스페로이드에 비해 종양이 퍼지는 정도를 가리키는 침윤성은 58% 낮았다. 약물 반응성은 32% 증가했다.
또 산소가 충분한 교모세포종과 그렇지 않은 교모세포종 스페로이드를 3D 칩으로 제작해 마우스에 각각 이식했다. 산소가 충분한 모델에서는 대조군에 비해 종양 성장 속도가 57% 느렸고 약물 반응성을 19% 높았다.
성학준 교수는 "이번 스페로이드는 동물 실험에서도 활용 가능해 약물 반응을 테스트하는 등 교모세포종 정복을 위해 다양하게 이용할 수 있다"며 "교모세포종 외에 종양 환경을 재현한 플랫폼 개발을 이어가 난치성 질환 극복에 앞장서겠다"고 말했다.
한편 이번 연구 결과는 재료과학 분야 세계적인 학술지인 '어드밴스드 헬스케어 머터리얼즈(Advanced Healthcare Materials, IF 9.933)' 최신호에 게재됐다.
