Beyond organoids: restoring the value of patient-derived two- dimensional colorectal cancer models

대장암은 대장에 발생하는 질환으로, 전 세계적으로 가장 흔하고 치명적인 암 형태 중 하나로 남아 있습니다. 이를 효과적으로 퇴치하기 위해 과학자들은 개별 종양의 행동 방식과 어떤 약물이 이를 멈출 수 있는지 이해해야 합니다. 수십 년 동안 연구자들은 플라스틱 접시 위에 암세포를 평평한 층으로 키우는 방식인 2차원 배양법에 의존해 왔습니다. 이 모델은 저렴하고 사용하기 쉽지만, 환자의 신선한 종양 조직으로부터 직접 만들어내기가 매우 어렵다는 큰 결함이 있습니다. 종종 세포가 연구되기도 전에 죽거나 박테리아에 의해 압도당하곤 합니다. 최근 몇 년 동안, '오가노이드'라고 불리는 작은 3차원 클러스터 형태로 종양을 키우거나 특수한 생쥐의 몸속에서 키우는 방식이 인기를 얻으며 다른 접근법이 주목받고 있습니다. 이러한 방법들은 더 효과적이지만, 비용이 많이 들고 복잡합니다. 문제는 예전의 단순한 평면 배양 방식이 환자의 고유한 특성을 잃지 않으면서도, 질병을 더 저렴하고 빠르게 연구할 수 있는 신뢰할 만한 방법으로서 다시 살아날 수 있을 것인가 하는 점이었습니다.

독일 로스토크 대학교 의료 센터의 연구팀은 거의 10년 동안 진행된 대장암 샘ле(sample) 연구를 되돌아봄으로써 이 질문에 답하고자 했습니다. 그들은 2015년부터 2023년 사이에 136명의 환자로부터 채취한 158개의 조직 샘플을 조사했습니다. 이 샘플 중 일부는 환자의 종양에서 직접 가져온 것이고, 다른 일부는 종양을 생쥐 내부에서 먼저 키워낸 것인데, 이 과정은 조직에서 박테리아를 제거하고 암세포를 풍부하게 만드는 데 도움이 됩니다. 연구진은 어떤 액체 환경, 즉 배지가 암세포를 생존시키고 증식시킬 수 있는지 확인하기 위해 12가지의 서로 다른 배지를 테스트했습니다. 여기에는 동물 혈청을 포함하는 오래된 레시피와, 동물성 제품은 포함하지 않으면서 특정 성장 인자를 포함하는 새로운 정밀 정의 배합이 모두 포함되었습니다. 또한, 'ROCK 억제제'로 알려진 특정 화학 화합물을 추가하는 것이 세포가 접시에 잘 달라붙게 하고 체외에서 실험실로 옮겨질 때 발생하는 스트레스로부터 생존하는 데 도움이 되는지도 테스트했습니다.

결과는 과거의 세포 배양 방식이 비효в 효율적이었음을 보여주었지만, 새로운 방법들이 판도를 바꾸어 놓았다는 것을 입증했습니다. 연구진이 최신 방식인 정의된 무혈청 배지를 사용했을 때, 혈청이 포함된 기존 레시피에 비해 성공률이 크게 급증했습니다. 여기에 ROCK 억제제를 추가하자 성공률이 더욱 높아졌으며, 많은 경우 실패했던 시도들을 성공으로 돌려놓았습니다. 아마도 가장 중요한 점은, 생쥐에서 먼저 배양된 조직을 사용하는 것이 강력한 전략임이 증려되었다는 것입니다. 생쥐에서 키워진 종양에서 유래한 배양은 약 58%의 성공률을 보인 반면, 환자에게서 직접 채취한 신선한 조직은 39%에 불-과했습니다. 연구진이 두 가지 접근법을 함께 사용하여, 신선한 조직을 먼저 시도한 다음 실패할 경우 생쥐에서 키운 조직을 차선책으로 사용하는 방식을 적용했을 때, 그들은 80% 이상의 표본으로부터 안정적인 세포주를 구축할 수 있었습니다. 이 성공률은 이제 더 비싸고 복잡한 3차원 오가노이드 방식과도 견줄 만한 수준이며, 이는 단순한 평면 배양 모델이 정밀 의료를 위한 실행 가능하고 효율적인 도구로서 다시 한번 유효해졌음을 시사합니다.

이러한 기술적 성공에도 불구하고, 연구진은 환자의 병력이나 암의 특정 유전적 구성만으로는 어떤 종양이 자라나고 어떤 종양이 실패할지를 예측할 수 없다는 것을 발견했습니다. 그들은 환자의 연령, 암의 단계, 종양의 크기, 그리고 특정 유전자 변이와 같은 요인들을 살펴보았으나, 이 중 어떤 단서도 배양 성공 여부를 신뢰성 있게 나타내지 못했습니다. 이는 과학계에 있어 사실 긍정적인 발견인데, 결과적으로 생성된 세포주 집단이 특정 유형의 환자나 특정 유전적 하위 그룹에 편향되지 않았음을 의미하기 때문입니다. 이 세포주 패널은 대장암의 전체적인 다양성을 대표하며, 새로운 치료법을 테스트하기 위한 공정하고 대표적인 자원이 됩니다.

또한 이 연구는 종양의 배양 능력과 환자의 예후 사이의 놀라운 연관성을 밝혀냈습니다. 실험실에서 세포주를 성공적으로 구축한 환자들의 종양은, 암의 단계나 수술을 통해 가시적인 질병이 모두 제거되었는지 여부를 고려하더라도, 세포주 형성에 실패한 환자들에 비해 생존 기간이 짧은 경향을 보였습니다. 연구진은 실험실 접시에서 번창할 수 있는 종양이 체내에서도 본질적으로 더 공격적일 수 있다고 제안합니다. 그러나 연구진은 이 관찰이 연구의 주된 목적이 아니었으며, 확고한 결론을 내리기 전에는 더 큰 규모의 환자 집단을 대상으로 확인 작업이 필요하다고 주의를 기울였습니다.

궁극적으로, 이 연구는 현대적인 정의된 배지와 도움이 되는 화학 첨가물, 그리고 생쥐 유래 조직을 활용한 백업 계획이 결합된다면, 과학자들이 대장암 환자로부터 단순한 2차원 세포주를 안정적으로 만들 수 있음을 보여줍니다. 이 접근법은 복잡한 3차원 구조나 값비싼 동물 모델 없이도 질병을 연구하고 약물을 테스트할 수 있는 비용 효율적이고 확장 가능한 방법을 제공합니다. 이렇게 만들어진 세포주 컬렉션은 대장암에 걸린 다양한 사람들을 위한 더 나은 치료법을 개발할 준비가 된, 질병에 대한 넓고 편향 없는 창 역할을 할 것입니다.