배경 및 목적: 담낭암은 높은 침습성을 가진 소화기계 악성 종양으로, 환자의 5년 생존율은 10% 미만입니다. 기존의 2차원(2D) 세포 배양 모델은 종양의 3차원(3D) 조직학적 특징 및 약물 반응을 실제적으로 반영하기 어렵고, 이는 약물 스크리닝 및 기전 연구에 제한이 됩니다. 3D 바이오프린팅 기술은 제어 가능한 방식으로 복잡한 구조의 종양 모델을 구축하여 체내 미세환경을 모사할 수 있습니다. 본 연구는 메타크릴로일 젤라틴(GelMA)을 활용하여 3D 바이오프린팅 담낭암 모델을 구축하고, 2D 모델과 분자적 특성 및 약물 감수성 차이를 비교하는 것을 목적으로 합니다. 방법: 본 연구에서는 NOZ 인간 담낭암 세포주와 GelMA 하이드로겔 바이오잉크를 이용하여 3D 담낭암 모델을 구축하였으며, 압출식 바이오프린팅 기술을 통해 종양 미세환경을 구현하였습니다. 3D 모델의 세포 형태 및 증식 활성은 현미경 관찰, 생사 세포 염색 및 세포 계산 키트-8(CCK-8)로 평가하였습니다. RNA 추출 후 Illumina NovaSeq TM 6000 플랫폼에서 RNA 시퀀싱을 수행하였고, DESeq2를 통해 차등 발현 분석을 진행하였으며, 실시간 형광 정량 중합효소 연쇄반응(RTFQ-PCR)으로 일부 차등 발현 유전자를 검증하였습니다. 약물 감수성 평가는 젬시타빈(GEM), 시스플라틴(DDP), 알부민 결합형 나브-파클리탁셀(nab-paclitaxel) 및 5-플루오로우라실(5-FU)에 대한 용량 반응 실험을 통해 반수 억제 농도(IC50)를 계산하여 모델의 약물 감수성을 평가하였습니다. 통계 분석은 GraphPad Prism 9.0 및 R 4.4.0 소프트웨어를 사용하였으며, P<0.05일 때 통계적 유의성이 있다고 판단하였습니다. 결과: 3D 모델은 구조적으로 안정적이며, 세포는 하이드로겔 내에서 높은 생존력을 유지하며 구형 집합체를 형성하였고, 증식 능력은 2D 모델보다 유의하게 높았습니다. 전사체 시퀀싱 결과 617개의 차등 발현 유전자가 확인되었으며, 이 중 235개는 상향 조절되고 382개는 하향 조절되었으며, 주로 세포 주기, 염증 반응 및 사이토카인 신호전달 경로에 풍부하게 분포하였습니다. RTFQ-PCR 검증 결과는 RNA 시퀀싱 결과와 일치하였습니다. 약물 감수성 평가 결과 3D 모델은 다양한 화학요법 약물에 대한 IC50 값이 2D 모델보다 높아 임상 종양 내성 특성과 보다 유사함을 시사하였습니다. 결론: 본 연구는 3D 바이오프린팅 담낭암 모델을 구축하였습니다. 2D 배양과 비교할 때 3D 모델은 GEM, DDP, nab-paclitaxel 및 5-FU에 대한 감수성이 낮고 IC50 값이 높아 임상 고형 종양의 내성 특성과 더 부합하였습니다. 따라서 3D 모델은 임상 약물 내성과 낮은 감수성을 모사하는 데 2D 모델보다 우수하며, 내성 기전 연구 및 후보 약물/병용요법 스크리닝 검증에 활용될 수 있습니다.

담낭암;3D 바이오프린팅;GelMA 하이드로겔;전사체학;약물 감수성;체외 모델