생체 인쇄된 종양 오가노이드와 고급 이미징 콤보로 맞춤형 의학 가능

신용: Unsplash에 있는 국립 암 연구소의 사진

UCLA Jonsson 종합 암 센터의 과학자들은 실제 종양의 기능과 구조를 모방하도록 설계된 소형 종양 오가노이드를 바이오프린팅하는 새로운 방법을 개발했습니다. 개선된 프로세스를 통해 연구자들은 고급 이미징 방법을 사용하여 개별 오가노이드를 매우 자세하게 연구하고 분석할 수 있으며, 이는 희귀하거나 치료가 어려운 암에 걸린 개인에 대한 맞춤형 치료법을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.

UCLA David Geffen 의과대학 정형외과 조교수이자 UCLA Jonsson 종합 암센터 회원인 Alice Soragni 박사가 이끄는 연구팀은 Nature Communications의 논문에서 자신들의 발전에 대해 보고했습니다. "바이오프린팅 및 간섭계를 통한 단일 유기물 분해능의 약물 스크리닝"이라는 제목이 붙었습니다.

고처리량 약물 스크리닝은 종양 생물학을 조사하고 치료 리드를 식별하기 위한 확립된 접근 방식이라고 저자는 썼습니다. 전통적인 플랫폼은 2차원 배양을 사용하지만 이는 인간 종양의 생물학을 정확하게 반영하지 못한다고 저자는 지적했습니다. 이와 대조적으로, "3차원(3D) 종양 오가노이드는 다양한 세포주와 조직 소스로부터 신속하고 효과적으로 확립될 수 있고 치료에 대한 환자의 반응을 정확하게 모방할 수 있는 정밀 의학을 위한 유망한 모델입니다"라고 팀은 지적했습니다.

오가노이드라고 불리는 이러한 소형화된 종양은 인간의 생물학과 질병을 더 잘 이해하기 위해 세포주나 환자 자신의 세포를 사용하여 실험실에서 성장시킬 수 있습니다. 환자의 종양을 재현함으로써 연구자들은 다양한 약물을 테스트하여 종양이 치료에 잘 반응하는지 또는 제대로 반응하지 않는지 확인할 수 있습니다. 이를 통해 의사는 환자에게 가장 적합한 치료법을 더 쉽게 선택할 수 있습니다.

"종양 오가노이드는 종양 생물학을 조사하고 개별 환자의 약물 민감성을 강조하는 기본 도구가 되었습니다."라고 Soragni는 설명했습니다. "그러나 우리는 기존의 스크리닝 접근법으로는 감지할 수 없는 소수의 세포 집단에서 저항성이 발생할 수 있는지 예측할 수 있는 더 나은 방법이 여전히 필요합니다. 이는 특히 오가노이드 기반 약물 예측이 임상적으로 활용되기 시작함에 따라 매우 중요합니다. ."

이러한 작은 종양은 약물 모델링을 개선하는 데 도움이 되었고 잠재적인 약물의 효능과 안전성을 테스트하는 데 귀중한 도구가 되고 있지만, 현재 모델이 종종 임상적으로 관찰되는 치료에 대한 저항성을 유발하는 근본적인 종양 이질성을 포착하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다. "… 3차원 종양 오가노이드와 같이 임상적으로 더 관련성이 높은 모델 시스템조차도 규모를 조정하고 선별하는 것이 어려울 수 있습니다."라고 저자는 지적했습니다. 이 접근법의 주요 한계 중 하나는 현재 방법이 임상 환경에서 관찰되는 치료에 대한 저항성을 유발할 수 있는 오가노이드 샘플 내의 변화 또는 차이를 포착하지 못한다는 것입니다.

이러한 과제를 극복하기 위해 연구진은 조직 조직학 및 유전자 발현을 변경하지 않고 3D 소형 종양을 생성하기 위해 세포외 단백질을 지원하는 얇은 층에 세포를 인쇄하는 바이오프린팅 기술을 사용하는 방법을 만들었습니다. "바이오잉크의 세포를 고체 지지체 위에 정확하고 재현 가능하게 증착하는 기술인 바이오프린팅은 암 생물학에서 빠르게 주목을 받고 있다고 Soragni와 동료들은 지적했습니다.

연구팀은 생체 인쇄된 세포를 실시간으로 살아있는 세포의 무게를 관찰하고 측정하는 데 사용되는 비파괴적 접근 방식을 제공하는 이미징 시스템인 고속 생세포 간섭계(HSLCI)와 결합했습니다. 연구진은 "HSLCI는 단일 유기체 해상도에서 크기, 운동성 및 질량 밀도를 포함하여 시간이 지남에 따라 생체 인쇄된 유기체의 다양한 특징을 비침습적이고 라벨 없이 추적할 수 있게 해줍니다"라고 설명했습니다. 그런 다음 이러한 방법을 기계 학습 알고리즘과 결합하여 개별 오가노이드를 분석하고 측정했습니다.

UCLA Jonsson 종합 암 센터 소장이자 이번 연구의 공동 저자인 Michael Teitell 박사는 "이 방법을 사용하면 수천 개의 오가노이드의 질량을 동시에 정확하게 측정할 수 있습니다"라고 설명했습니다. "이 정보는 어떤 오가노이드가 특정 치료법에 민감하거나 내성이 있는지 식별하는 데 도움이 되며, 이를 통해 환자에게 가장 효과적인 치료 옵션을 신속하게 선택하는 데 사용할 수 있습니다."