보건복지부(장관 박능후)는 삼성서울병원 선도형난치암연구사업단 남도현 교수팀이 종양 스페로이드의 유전체-약물 반응성에 기반한 임상반응 예측 알고리즘을 이용하여 암 환자의 맞춤 표적치료법을 제시했다고 밝혔다. 종양 스페로이드는 3차원으로 배양된 세포의 원형 집합체이며, 이 연구는 보건복지부 선도형특성화연구사업의 지원을 받아 수행되었다.

이번 연구성과는 세계적 저명 학술지인 '네이처 제네틱스(Nature Genetics)' 온라인판에 9월 27일자로 게재되었으며, 특히, 연구의 학술적 가치와 기술의 혁신성을 인정받아 이 학술지의 '뉴스 앤 뷰즈(News & Views)'에 소개되었다. 기존의 암세포 약물 선별(스크리닝) 방법에 비하여 실시간 약물반응 결과를 쉽게 도출하여 임상 적용성이 높고, 대규모 데이터 축적이 용이하다는 측면이 부각되었다.

일반적으로 항암치료의 결과는 종양의 유전체 및 분자적 배경에 따라 환자마다 다르게 나타난다. 따라서 치료 성공률을 높이기 위해서는 환자 유래 암세포나 줄기세포를 배양하여 약물반응을 사전에 스크리닝하고, 환자 특성에 맞는 치료제를 적용하는 것이 중요하다.

기존의 암세포 약물 스크리닝 방법인 세포주 모델은 쉽고 빠른 사용이 가능하나 환자 종양의 분자적 특성을 온전히 보존하지 못했다. 또한, 오가노이드 모델은 환자 종양과 유사성은 높으나 실시간 약물 반응 예측이 어려워 임상에 도입하기 어렵다는 단점이 있었다.

▲ 환자유래세포에 대한 약물 반응성을 통한 임상 반응성 예측 알고리즘 제시

남도현 교수팀은 완전하고 신속하게 약물을 스크리닝 하기 위하여 대규모 종양 스페로이드에 기반하여 유전체와 약물반응 간 상관관계를 규명하고, 신규 분자표적 및 병용치료 전략을 제시했다. 이를 위하여 총 14종의 암종에서 462건의 종양 스페로이드를 수집하여 각 스페로이드마다 60종의 표적항암제 반응성을 분석했으며, 주요 약물 스크리닝 결과, 혈액암에 주로 사용되는 치료제 이브루티닙(Ibrutinib)이 EGFR(Epidermal Growth Factor Receptor, 상피세포 성장 인자 수용체) 유전자 억제제와 유사한 약물 반응성을 보임에 따라, EGFR 유전자 변이가 있는 암환자에게도 이브루티닙을 이용한 치료 가능성을 밝혔다.

▲ 종양 스페로이드에 기반한 임상예측 알고리즘 확립 ▲ 특정 약물에 대한 신규 분자표적 제시

또한, NRG1(Neuregulin1, 뉴레글린-1) 유전자 발현을 억제하여 EGFR 유전자 억제제의 치료 효과를 개선할 수 있음을 검증함으로써, EGFR 표적치료에 효과가 없는 환자를 위한 병용치료 전략을 제시했다.

▲ 약물유전체 분석을 통한 신규 바이오마커 제시

사업단의 남도현 단장은 "다양한 분야의 많은 연구진의 참여로 창출된 대규모 종양 스페로이드의 유전체-약물반응 분석을 통해 치료적중률을 높임으로써 암환자의 생존기간 및 삶의 질을 향상시킬 수 있는 중요한 단초가 될 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.