연구목표 - 화학방사선치료와 면역관문억제제의 병합요법에 관한 이론적 토대를 마련 공간 멀티오믹스 단일세포 이미징 플랫폼 (이하 단일세포 이미징 플랫폼)을 통해 종양세포과 면역세포, 세포기질세포, 면역관문 등의 종양미세환경이 어떤 변화가 생기는지 연구함으로써 화학방사선치료와 면역관문억제제의 병합요법에 관한 이론적 토대를 마련하고 면역관문억제제의 종류 등 가장 적합한 병합요법의 치료 전략을 제시함. - 화학방사선 치료 반응 예측 바이오마커 발굴 화학방사선 치료 후 파라민포매 슬라이드에서 치료 반응이 좋은 Field Of View (FOV)와 치료 반응이 좋지 않은 FOV를 구분하여 단일세포 이미징 분석을 시행하여 화학방사선치료 반응 예측 바이오마커를 발굴함. - 화학방사선 치료와 면역관문억제제 병합에 대한 치료 반응 예측 바이오마커 발굴 화학방사선 치료 후 조직에서 유래한 오가노이드에 면역 및 세포기질 세포와 공동 배양한 후 면역관문억제제 실험에 대한 단일세포 이미징 분석을 시행하여 병합 치료에 대한 반응 예측 바이오마커를 발굴함. 연구내용 ① 화학방사선치료 전후 직장암 환자 후향적 코호트 구축 - 국소성 진행성 직장암으로 진단받고 화학방사선 치료를 받고 수술한 환자 중 화학방사선 치료 전과 수술 후 조직에 대한 파라핀포매가 확보된 환자들에 대한 후향적 임상 코호트 구축 ② 화학방사선치료 전과 후의 조직에 대한 단일세포 이미징 분석을 이용한 종양미세환경 재구성 분석 - 치료 전과 후의 종양 세포 및 면역세포, 세포기질 세포 등의 변화를 분석하기 위하여 cell typing, cell status and function 분석, cell-to-cell interaction, pathway analysis를 시행함 ③ 화학방사선치료 후 파라민포매 조직을 이용한 단일세포 이미징 분석을 이용한 화학방사선 치료 반응 예측 - 확보된 환자들 중 종양 사멸 정도가 moderate to poor response를 보이는 환자들을 선별함 - 화학방사선 치료 후 파라핀 슬라이드에서 종양 사멸 정도가 높은 Field Of View (FOV)와 종양 사멸 정도가 낮은 FOV를 설정하여 단일세포 공간전사체 분석을 통한 cell typing, cell status and function 분석, cell-to-cell interaction, pathway analysis에서 어떤 차이가 있는지를 조사함 기대효과 1) 연구과제의 활용방안 - 학문적으로 국소 진행성 직장암에서 단일세포 수준에서 공간적으로 화학방사선 치료 후 종양-면역학적인 변화의 기전에 대한 이해가 가능하며 이를 바탕으로 하여 현재 대장암에 있어서 제한적으로 사용되고 있는 면역관문억제제의 적용 확대에 대한 이론적 근거를 마련할 수 있음. - 화학방사선치료 후 종양미세환경과 다양한 면역관문의 변화를 분석하여 화학방사선에 특이적인 면역관문억제제를 선별하거나 CAR T 세포 치료 등의 면역치료를 병합하는 등 새로운 병합 치료 전략을 제시할 수 있음. - 화학방사선 치료 반응과 종양-면역 조절의 다양한 관계를 밝혀냄으로써, 국소 진행성 직장암뿐만 아니라 간, 폐 전이 대장암 등에 방사선 조사를 이용한 다양한 병합 치료 전략을 세울 수 있음. - 공배양 환자 유래 오가노이드 모델을 이용한 화학방사선-면역항암제 치료 예측반응 모델을 만들어 장기 보존 치료 전략 (organ-preserving strategy)을 세우는데 활용될 수 있음. 2) 연구과제의 기대효과 - 국소 진행성 직장암에서 수술 후 발생하는 국소 및 전신 재발을 감소하여 생존율을 향상시켜 국민 복지 증진에 이바지하고 암 질환으로 인한 사회적 비용 지출을 감소시킬 수 있음. - 화학방사선과 면역억제제의 치료 반응 바이오마커들을 발굴해서 해당 치료를 선별적으로 시행함으로써, 사회적 비용 지출을 줄일 수 있음. - 종양과 종양미세환경에 대해서 단일세포 수준의 공간적인 분자 영상학적 분석을 시행함으로써, 화학방사선 및 면역항암제 치료의 저항성 기전을 이해하여 이를 극복할 수 있는 새로운 치료제를 개발할 수 있음.