암 주변 환경이 단단할수록 더 독해진다… 부산대·연세대, 암 악성화 기전 규명

종양 강성 증가 시 치료 저항성 유도… 3D 바이오프린팅 암 모델 개발

암세포를 둘러싼 종양 미세환경이 단단해질수록 암이 더욱 공격적으로 변하고 치료 효과도 떨어진다는 사실이 실험적으로 입증됐다.

부산대학교와 연세대학교 공동 연구팀은 종양 미세환경의 '기계적 강성'이 암의 악성화와 치료 저항성을 유도하는 핵심 기전임을 규명하고, 이를 체외에서 정밀하게 구현할 수 있는 3차원(3D) 암 모델 플랫폼을 개발했다.

부산대학교(총장 최재원)는 의생명융합공학부 김병수 교수 연구팀과 연세대학교 의공학과 조원우 교수 연구팀이 3D 바이오프린팅 기술을 활용해 종양 미세환경의 강성을 정밀하게 조절할 수 있는 암 모델을 구축하고, 강성 증가가 암세포의 악성화와 항암제 저항성을 유도하는 분자 기전을 밝혀냈다고 13일 전했다.

(왼쪽부터)부산대 김병수 교수, 이석현 박사과정생. 부산대 제공

종양 조직은 정상 조직보다 물리적으로 단단한 특성을 갖는다. 이러한 강성 증가는 암의 성장과 전이, 약물 저항성과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려졌지만, 기계적 스트레스가 세포 내부 신호를 어떻게 변화시키는지에 대해서는 기존 실험 모델의 한계로 명확한 규명이 어려웠다.

연구팀은 탈세포화 세포외기질(dECM)과 알지네이트를 결합한 하이브리드 바이오잉크를 개발하고, 강성을 5~55kPa 범위에서 정밀 조절할 수 있는 3D 종양 미세환경을 구현했다. 이를 통해 실제 전립선암 조직에서 관찰되는 정상부터 고강성까지의 환경을 단계적으로 재현했다.

실험 결과, 종양 미세환경의 강성이 높아질수록 암 스페로이드는 구조적으로 압축되고 저산소증, 상피-중간엽 전이, 암줄기세포성, 항암제 저항성이 유의미하게 증가했다. 반대로 강성을 다시 낮추자 이러한 악성 특성이 일부 회복돼, 종양 강성에 의해 유도된 암 악성화가 가역적으로 조절될 수 있음도 확인됐다.

전사체와 신호전달 경로 분석에서는 고강성 환경에서 PI3K 신호가 활성화되고, 이에 따라 NF-κB가 핵으로 이동하면서 염증 반응과 약물 배출 관련 유전자 발현이 증가하는 것으로 나타났다. 연구팀은 이러한 분자 변화가 실제 전립선암 환자 유전체 데이터에서도 생존율 저하와 연관돼 있음을 추가 분석을 통해 확인했다.

또 PI3K 억제제를 적용한 결과, 고강성 환경에서도 NF-κB 활성화가 억제되고 항암제 감수성이 회복되는 현상이 관찰됐다. 이는 종양 강성에 의해 형성된 치료 저항성이 특정 신호 축을 표적으로 조절 가능함을 보여주는 결과로, 환자 맞춤형 항암 전략 개발 가능성을 시사한다.

김병수 부산대 교수는 "종양 미세환경의 물리적 특성이 암세포의 신호 전달과 치료 반응을 어떻게 바꾸는지 체계적으로 규명한 연구"라며 "향후 환자별 종양 특성을 반영한 맞춤형 암 모델과 정밀 치료 전략으로 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 부산대 이석현 박사과정생이 제1저자, 김병수 교수와 연세대 조원우 교수가 공동 교신저자로 참여했으며, 연구 성과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 1월 4일자에 게재됐다. 해당 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단과 산업통상자원부 알키미스트 프로젝트의 지원을 받아 수행됐다.

영남취재본부 조충현 기자 jchyoung@asiae.co.kr