한미 국제 공동 연구진이 인간 고형암의 체내 환경을 3차원 칩 위에서 정밀하게 재현하고 치료 효과를 예측할 수 있는 미세공학 플랫폼을 개발했다.
한국연구재단은 서강대와 미국 펜실베이니아대의 국제공동연구를 통해 설립된 서강-유펜 신종감염병 테라노스틱스 융합연구센터의 강태욱 서강대 교수, 허동은 펜실베이니아대 교수 연구진이 인간 고형암 조직을 미세공학적으로 이식하고 혈관화해 CAR-T 세포치료를 체외에서 모델링할 수 있는 플랫폼을 개발했다고 27일 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.
연구진은 본 플랫폼을 통해 관찰한 CAR-T 세포의 작동 과정과 실제 환자 임상 반응과 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.
이번 연구의 성과는 생명과학 및 화학 분야 국제 학술지 '네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)'에 10월 17일(현지 시각) 게재됐다.
참고 자료
Nature Biotechnology(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-025-02845-z