서울대병원과 울산과학기술연구원이 공동으로 수행한 최신 뇌종양 연구에서, 환자유래 이종이식 모델(PDX models: patient-derived xenograft)이 이질성 높은 샘플을 활용하여 뇌종양에 대한 더 많은 정보를 제공한다는 사실이 확인됐다. 이 중요한 발견은 뇌종양의 이질성을 이해하고 맞춤 치료를 개발하는 데 기여할 것으로 기대된다.

5년 전체 생존율이 35% 미만으로 낮은 뇌종양은 여전히 치료가 어려운 종양 중 하나로 남아있다. 이 중에서도 다형성 교모세포종(GBM)과 같은 특정 진행성 뇌종양은 이질성이 높아 치료 방침을 결정하기 어렵게 만든다.

따라서 맞춤형 치료의 발전을 위해서는 뇌종양의 게놈, 후성유전학적 특성, 미세환경 상호 작용을 종합적으로 이해할 수 있는 도구가 필요하다.

이를 위해 서울대병원 신경외과 백선하·병리과 박성혜 교수와 울산과학기술연구원(UNIST) 바이오메디컬공학과/기초과학연구원 명경재·권태준 교수 공동 연구팀이 11명의 뇌종양 환자로부터 얻은 종양 조직을 활용하여 13개의 PDX 모델을 구축하고 뇌종양 및 이종이식 조직의 조직병리학적 특성을 조사했다.

PDX 모델은 생체 내에서 종양이 성장하는 환경을 모방할 수 있어 종양 연구에 널리 활용되고 있다. 그러나 이 모델이 원래 종양과 동일한 유전적 특성을 보존한다는 가정에 대한 의문이 있었다,

연구 결과, PDX 샘플과 원래 종양 간에는 유해한 체세포 돌연변이의 일부만 중첩되어 있었다. 이로 인해 기존 PDX 모델이 원래 종양의 유전적 특성을 충분히 재현하지 못할 수 있다는 가능성이 제기됐다.

그러나 뇌종양 관련 유전자들이 PDX 샘플에서 풍부하게 나타났으며, PDX 모델이 뇌종양 연구에 귀중한 플랫폼으로 기여할 수 있다는 사실이 확인됐다.

또한 PDX 특이적 돌연변이 분석 결과, 섬모 운동, 미세소관 탈중합 및 히스톤 메틸화와 관련된 돌연변이 유전자가 원래 종양과 비교하여 PDX 샘플에 풍부해진 것을 확인했다. 이는 생체 내에서의 성장 촉진 특성으로 인해 PDX 모델에서 이식된 종양 세포의 유전자 변이가 원래 종양보다 더 많아질 수 있음이 입증된 것이라고 연구팀은 설명했다. 

그러나 이러한 돌연변이가 뇌종양의 병리학적 특성이나 PDX 환경의 우선적 돌연변이와 관련이 있는지에 대한 추가 연구가 필요하다. 

연구팀은 이번 연구로 발견된 PDX 모델의 잠재적 활용가능성에 주목하며, 새로운 약물 개발 및 뇌종양 치료에 대한 다양한 연구에 활용될 수 있는 가능성을 제시했다.

UNIST 바이오메디컬공학과/기초과학연구원 권태준 교수는 “이번 연구를 통해 PDX 모델의 유전변이 변화가 오히려 임상 병변의 이질성과 그 기능을 이해하는 데 활용될 수 있음을 확인할 수 있었다”며 “관련된 추가 연구를 통해 암세포 이질성을 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 

서울대병원 신경외과 백선하 교수는 “더 많은 PDX 모델과 원발성 종양 세포 모델에 대한 분석을 통해 PDX 종양 모델의 유전적 특징을 해석하고 활용하는 방안을 밝히는 데 도움이 될 것”이라며 “이번 연구로 구축된 PDX 모델이 앞으로 뇌종양 환자에게 효과적인 맞춤 치료법 개발에 기여할 수 있기를 희망한다”고 연구 의의를 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘바이오메디신(Biomedicines)’ 10월호에 게재됐다.