인터뷰: 3D 배양에서 치료 분석법의 미래는 어떻게 될까요?

존 실라기(John Szilagyi)는 브리스톨 마이어스 스큅(미국 뉴저지)의 수석 과학자로, 비임상 개발 및 독성학 연구를 담당하고 있으며, 특히 기형학 연구 모델 개발에 주력하고 있습니다. 기형학은 발달 중인 태아의 기형 및 그 원인을 규명하는 학문입니다. 그의 모델은 주로 다양한 종의 유도 만능 줄기세포로부터 생성된 3D 배양 및 미세생리 시스템을 활용합니다.

이 글에서 Szilagyi는 3D 세포 모델의 유용성, 문제점 및 이를 해결하기 위한 방안들을 검토합니다.

3D 세포 모델은 새로운 치료법 개발과 맞춤형 의학에 어떤 중요성을 지니나요?

3D 모델은 유전자 변형을 통한 성장 촉진 없이 환자 유래 조직의 효율적인 추출, 증식 및 분석을 가능하게 합니다. 2D 모델에 비해 3D 모델은 세포 간 상호작용(예: 치밀연접)을 포함한 원천 장기의 구조적 특징을 정확하게 재현할 수 있다는 점에서 우수합니다.

3D 세포 모델을 사용하면서 어떤 어려움을 겪으셨나요?

3D 모델 이미지 수집 및 분석은 자동화하기가 매우 어렵습니다. 대부분의 시스템은 2D 배양물 처리에만 최적화되어 있어 3D 배양물의 다양하고 복잡한 초점면을 처리하는 데 어려움을 겪습니다.

이러한 어려움을 극복하기 위해 어떤 기술과 솔루션을 활용하셨습니까?

이 장비의 오가노이드 모듈은 오가노이드 배양웰 전체의 상세한 이미지를 놀라운 성능으로 포착하고 전체 이미지의 초점을 유지합니다. 뿐만 아니라, 내장된 분석 기능은 Matrigel^®에서 생성된 주변 잔해물 및 인공물을 오가노이드로부터 성공적으로 분리하여 크기와 명암을 정확하게 측정함으로써 완전 자동화된 데이터 처리 워크플로우를 구현합니다.

3D 세포 모델에서 최상의 결과를 얻기 위한 가장 중요한 팁은 무엇인가요?

모델을 꼼꼼히 파악하세요. 성장 곡선, 사멸 및 분화에 따른 형태학적 변화, 동결 및 계대배양 후 회복 과정을 이해해야 합니다. 중요해 보이지 않더라도, 그 과정에서 최대한 많은 데이터를 수집하는 것이 좋습니다. 오가노이드 연구에서 가장 큰 문제는 변동성이므로, 가능한 한 많은 요인을 제어하여 실험의 일관성을 최대한 확보해야 합니다. 추가적인 기술적 반복 실험을 계획하고, 실험의 질을 떨어뜨리지 않는 선에서 최대한 많은 오가노이드를 접종하세요. 자동화된 워크플로우를 사용하거나 숙련된 전문가가 있더라도, 접종 밀도를 웰마다 정확하게 조절하는 것은 어려울 수 있습니다.

첨단 세포 모델 워크플로우의 미래는 어떻게 될 것이라고 생각하시나요?

저는 앞으로 병리학자들이 조직 절편을 분석하는 방식처럼 오가노이드의 형태학적 변화를 분석하는 방향으로 나아가야 한다고 생각합니다. 치료 과정에서 오가노이드에 나타나는 변화를 관찰함으로써 얻을 수 있는 귀중한 정보가 많지만, 현재 우리는 그러한 정보를 제대로 활용하지 못하고 있습니다. 첨단 영상 기술과 머신러닝을 활용하면, 오가노이드의 모양이나 명암과 같은 특징만으로도 절편 제작이나 염색 과정 없이 실시간으로 오가노이드의 건강 상태를 평가할 수 있을 것입니다.