암연구소 세포생물학 연구실은 암연구소 7층에 위치해 있습니다. 우리 연구실은 서울대학교 암연구센터(SRC, 1991~2000) 시기에는 지금은 없어진 구 암연구소 및 연구동 별관에 위치해 있었으며(지도교수, 박재갑 교수님), 2000년에 현 위치로 이전하였습니다. 현재 우리 연구실은 연구교수, 연구원, 대학원생 등 25~28명의 인원이 실험과 연구, 학업에 매진하고 있습니다.

암연구에 전통적으로 이용되고 있는 2D상태로 배양되는 세포주와 함께 최근에 주목 받고 있는 3D로 배양되는 일종의 미니장기인 오가노이드(organoid)는 암연구를 비롯한 의생명과학연구에 있어 필수적인 연구소재로 여겨지고 있습니다. 박재갑 교수님께서 1980년대 초에 세포주를 수립하기 위해 세포를 배양하기 시작한 이후 지난 40여 년 동안 다양한 인체 조직에서 세포주를 수립하여 왔으며, 지난 7년 동안은 정상 및 종양 오가노이드도 함께 수립하고 있습니다. 기존의 일반적인 2D 세포 배양에서는 종양 세포주의 정상 대조군으로 활용하기 위해 정상 세포주를 배양하여 계대배양, 동결보존 등의 바이오뱅킹(biobanking)이 매우 어려웠는데, 오가노이드 배양의 경우 종양오가노이드와 함께 정상오가노이드도 함께 배양하여 바이오뱅킹 할 수 있다는데 큰 장점이 있습니다.

우리 실험실에서는 현재까지 인체 세포주 1,200여 종, 인체 정상 및 종양 오가노이드 1,500여 종을 수립하였으며, 세포주 및 오가노이드의 명칭엔 Seoul National University의 약자인 ‘SNU-‘를 붙이고 있습니다 (예, SNU-1, 위암세포주). 세포주/오가노이드를 수립한 이후엔 세포학적, 분자생물학적. 유전체학적 특성분석 및 여러 가지 항암 화합물들에 대한 반응성을 스크린 한 후 그 결과를 논문에 보고하여 오고 있습니다. 개발된 세포주/오가노이드를 생명연구자원(bio-resource)화 하기 위해 품질관리(DNA fingerprinting 및 mycoplasma test 등), 대량증식 및 대량 동결보존을 위해 바이오뱅킹하고 있으며, 이후 여러 연구자들이 새롭게 개발된 세포주 및 오가노이드를 암연구 및 의생명과학 연구에 활용할 수 있도록 하기 위해 국내외 연구자들에게 분양하고 있습니다. 최근에는 우리 실험실에서 수립한 세포주/오가노이드 실물의 분양 이외에도 전사체, 유전체, 에피지놈 정보 등을 제공하기 위한 NGS 데이터 생산과 다양한 항암 화합물들에 대한 반응성 검사도 진행하고 있으며 이를 공개하기 위한 데이터 스테이션 구축도 진행하고 있습니다.

현재 우리 실험실은 다양한 분야의 연구자들과 공동연구를 진행하고 있으며 다음과 같은 국가 연구개발과제들에 참여하고 있습니다.

과학기술정보통신부의 다부처 국가생명연구자원 선진화 사업 중 배양세포 클러스터 중앙은행, 한국세포주은행 과제를 수행하고 있습니다. 정부는 제3차 생명연구자원관리 기본계획에 의거하여, 자원의 미래수요 및 글로벌 이슈 등을 고려 국가차원의 전략적·질적 확보를 위해 여러 국가 부처(과학기술정보통신부, 환경부, 해양수산부, 식품의약품안전처, 농촌진흥청, 산림청, 질병관리청)의 274개의 소재은행을 14개 클러스터로 재구성하였습니다. 2021년부터 과학기술정보통신부 소속의 6개 클러스터 사업이 시작되었으며, 이들 클러스터 중의 하나인 '배양세포 클러스터'의 경우 ‘한국세포주은행’이 중앙은행으로서의 역할을 담당하고 있습니다. 중앙은행인 한국세포주은행은 1982년부터 한국인 유래 세포주를 수립하기 시작하였으며, 1987년부터 국내외 연구자들에게 세포주 분양을 시작하였습니다. 최근에는 오가노이드 수립과 함께 분양을 시작하였습니다. 지난 40여 년 동안 약 2천 7백여 종의 한국인 유래 세포주 및 오가노이드를 수립하였고, 최근에는 연간 1만 2천여 바이알의 세포주/오가노이드를 국내외 연구자들에게 분양하는 등 전세계의 주요 세포주/오가노이드 은행으로 성장하고 있습니다. 한국세포주은행은 한국인 유래의 배양세포(세포주/오가노이드) 자원을 직접 확보하여 그 특성을 분석하여 생명연구 자원화하고 이를 연구자들에게 공급하는 데 있어 많은 경험을 가지고 있습니다.

한국세포주은행(https://cellbank.snu.ac.kr/)은 한국연구재단의 연구소재은행(1995-2015), 국가목적형 소재은행(2014-2019)으로 정부의 지원을 받아 세포주 자원을 개발, 확보, 대량 동결보존, 품질관리하여 국내외 연구자들에게 공급하여 왔으며 2017년도에 과학기술정보통신부 생명연구자원 기탁등록보존기관으로 지정되었고, 2018년도에 10대 국가전략생명연구자원 중 하나로 세포주가 선정되었으며 2019년도에는 한국세포주은행이 과학기술정보통신부의 국가전략 생명연구자원(세포주) 전담기관으로 지정되었습니다.

2020년에는 국가전략생명연구자원 세포주 전담기관으로 정부의 지원을 받았으며 2021년부터는 배양세포 클러스터 중앙은행 역할(수요자 맞춤 배양세포 자원 개발, 특성분석 및 자원화 및 배양세포 자원 확보, 실험대행 서비스, 배양세포 자원 자체 및 정보의 고품질화, 재난 대응 배양세포 자원 확보 등)을 수행하고 있습니다.

우리 실험실은 2022년부터는 서울대 의대에 있는 스토카스틱(stochastic) 줄기세포 연구센터(한국연구재단 선도연구센터, SRC, 연구과제 책임자 생화학교실 윤홍덕 교수님)의 2그룹에 공동연구원으로 참여하고 있습니다. 우리 실험실은 이 과제에서 조직별로 다양한 정상 및 종양 오가노이드를 수립하고 있으며 수립된 오가노이드는 센터 내 스토카스틱 줄기세포 연구에 활용하고 있고 추후에는 다른 연구자들도 활용할 수 있도록 분양할 예정입니다. 본 연구과제에서는 종양발생 이론의 두개의 큰 줄기인 stochastic cancer model과 cancer stem cell model을 연구하기 위해 직접 개발한 정상 및 종양오가노이드를 활용하고 있습니다. 이를 위해 정상, 양성종양, 악성종양, 전이종양 등에서 다양한 오가노이드를 수립하여 바이오 뱅킹하고 있습니다. 또한 오가노이드를 활용하여 항암제 및 방사선 내성 종양오가노이드 확립, 유전체 분석, 전사체 분석, 에피지놈 분석을 진행하고 있으며, 다양한 항암화합물들에 대한 신속대량검색(HTS, high throughput screening)을 진행하고 있습니다.

다음으로는 차세대 응용 오믹스 사업, 호흡계 감염질환과 지방간염 모델 구축을 위한 통합 메타조직칩 개발 과제(연구과제 주관기관, 고려대학교)에 2022년도부터 공동연구원으로 참여하고 있습니다. 이 과제에서는 여러 장기가 결합된 통합 메타조직칩(integrative meta multi-physiological system (MPS)) 개발을 목표로 하고 있으며, 우리 실험실은 정상 및 종양 미세환경(tumor microenvironment)을 반영할 수 있는 오간온어칩(organ on a chip) 개발을 목표로 하고 있습니다. 이를 위해 다양한 장기 및 동일환자에서 유래한 정상 및 종양 오가노이드 수립 및 섬유아세포, 혈관, 면역세포 등을 배양하고 바이오뱅킹하여 보존하고 있으며, 이들 세포 및 오가노이드들을 활용하여 오간온어칩 개발에 활용하고 있습니다.

암정복추진개발사업의 세부과제 중 하나인 항암제 내성 잔여암 다중오믹스 유전체 분석 및 오가노이드 연구를 통한 새로운 치료전략(연구과제 책임자, 서울대병원 임석아 교수님)에도 공동연구원으로 2022년도부터 참여하고 있습니다. 우리 실험실에서는 삼중음성유방암 환자들의 흉수나 생검조직, 암조직으로부터 종양 세포주와 오가노이드를 수립하고 수립된 세포주와 오가노이드들은 바이오뱅킹 후 본 과제에 활용하기 위해 유전체, 전사체 분석, 항암제 감수성 검사 등을 수행하고 있습니다.

그 외, 2022년부터 진행되고 있는 다부처 국가생명연구자원 선진화 사업, 단백체 데이터 품질선도센터 구축 사업에 위탁과제로 참여하고 있습니다. 본 과제를 수행하기 위해 우리 실험실에서는 엄격하게 품질관리가 이루어졌으며 표준화된 방법으로 배양된 다양한 종양세포주, 정상 및 종양오가노이드를 센터 내에 제공하여 센터 내 연구진들이 다양한 단백체 데이터를 생산하고, 생산된 표준화된 단백체 데이터는 여러 연구자들이 활용할 수 있도록 국가바이오스테이션에 등록할 수 있도록 하는 데 목표를 두고 있습니다. 이렇게 되면 국내외 연구자들이 따로 실험하지 않고서도 여러 세포주, 오가노이드들의 다양한 단백체 정보를 다운로드 받아 활용할 수 있을 것으로 생각됩니다.

또한, 우리 실험실은 세포주/오가노이드 수립과 뱅킹 및 이를 활용한 연구에 장점이 있기 때문에 다수의 벤처기업 등과 함께 민간과제로 공동연구를 수행해 오고 있습니다. 현재 수행 중인 연구과제들은 다음과 같습니다. 1) 대장암 오가노이드/세포주 개발과 NGS분석, 항암제 반응성 검사, 품질관리와 바이오뱅킹, 2) 대장암 환자의 항암치료 반응성 및 예후 예측을 위한 대사체 바이오마커 발굴 및 알고리즘 모델 개발, 3) Canine 유래 림프종 세포주와 오가노이드 수립과 특성분석, 4) 암연관섬유아세포(Cancer associated fibroblast)를 이용한 전이성 대장암 치료 연구, 5) 대장 정상 및 종양 오가노이드를 이용한 마이크로바이옴-박테리오파지 연구 등을 수행하고 있습니다.

우리 연구실은 세포주/오가노이드 수립과 특성분석, 품질관리, 바이오뱅킹 및 활용에 많은 경험을 가지고 있으며, 여러 연구자들과 다양한 공동연구도 활발히 진행하고 있습니다. 앞으로도 여러 연구자 분들과 활발한 공동연구를 진행하여 국가 의생명과학발전에 기여할 수 있을 것으로 생각됩니다. 감사합니다.