스탠퍼드대학교 의과대학과 메이요 클리닉 연구팀이 종양 주변 복잡한 세포 생태계를 9가지 보편적인 ‘공간 생태형(Spatial Ecotypes, SE)’으로 분류하고, 단순 채혈만으로 이를 AI를 통해 비침습적으로 프로파일링하는 기술을 개발했다. 이 연구는 조직 생검 없이 종양 미세환경(Tumor Microenvironment, TME)을 지도로 그려 면역항암제 치료 효과를 예측할 수 있게 해, 정밀 종양학의 새로운 전환점이 될 전망이다.
연구 배경
종양은 암세포뿐만 아니라 면역세포, 암연관 섬유아세포(CAF), 혈관내피세포 등 다양한 세포들이 공간적으로 조직화된 복잡한 ‘생태계’다. 이 세포들의 배열과 상호작용에 따라 암 진행 속도, 면역항암제(ICI) 반응, 환자 예후가 크게 달라진다.
연구팀은 10개 이상의 암종(유방암, 폐암, 대장암, 흑색종 등)에서 1,000만 개 이상의 단일세포 및 공간전사체 데이터를 통합 분석한 결과, 9가지 공간 생태형(SE1~SE9)을 발견했다. 이 생태형들은 대부분의 고형암에서 보편적으로 관찰되는 안정적인 패턴으로, 종양-기질 경계(tumor-stroma margin)로부터의 평균 거리를 기준으로 번호가 매겨졌다.
9가지 공간 생태형(SE) 주요 특징
• SE1: 종양 가장자리 바깥쪽(정상 기질에 가까움). 조기 반응 유전자 활성, Naive/중앙기억 T세포, 특정 대식세포·수지상세포 등이 특징.
• SE9: 종양 중심부(코어). 혈관신생(angiogenesis) 관련 세포, TREM2+ 대식세포 등이 풍부하며 종양 성장·영양 공급에 관여.
• SE2~SE8: 주로 종양-기질 경계 근처(약 250μm 이내)에 위치. 다양한 면역세포, CAF, 내피세포 등이 복잡하게 상호작용하는 ‘다세포 허브’로, 가장 활발한 세포 간 소통이 일어나는 영역.
각 SE는 고유한 세포 구성, 유전자 프로그램, 공간적 위치를 가지며, 일부는 면역항암제 치료 반응 및 생존율과 강한 상관관계를 보인다.
Liquid EcoTyper: 혈액으로 종양 생태계 읽기
연구팀은 Spatial EcoTyper에 이어 Liquid EcoTyper라는 AI 모델을 개발했다. 이는 혈액 내 cell-free DNA(cfDNA)의 메틸화(methylation) 패턴을 분석해 종양 내 9가지 SE의 비율을 추정한다.
장점:
• 조직 생검 없이 혈액 한 방울로 종양 미세환경 전체 평가 가능
• 기존 생검의 공간·시간적 한계 극복
• 여러 암종에 적용 가능한 보편성
임상 적용 사례
흑색종(멜라노마) 환자 (78명 코호트):
• SE7/SE8 높음: 염증성 면역 환경으로, 면역항암제(anti-PD-1 등)에 지속적 반응률이 높고 무진행 생존율(PFS)·전체 생존율(OS)이 유의미하게 개선 (Hazard Ratio < 0.38).
• SE4 높음: 상처 치유 관련 ‘차가운’ 환경으로, 치료 저항성이 높고 예후 불량 (HR ≈ 2.3~2.9).
폐암(NSCLC):
• 폐암에서도 동일한 9가지 SE 패턴이 관찰되며, SE7/SE8 높음 + SE4 낮음 조합이 면역항암제 치료 반응을 가장 잘 예측.
• PD-L1 발현이나 TMB(종양돌연변이부담)보다 SE 조합이 더 강력한 바이오마커로 작용할 수 있음. 특히 진행성 폐암이나 수술 전 보조요법 결정에 유용할 전망이다.
연구 의미와 전망
Aaron M. Newman(스탠퍼드) 교수와 Aadel A. Chaudhuri(메이요 클리닉) 교수 (공동 교신저자)는 “종양 미세환경의 공간적 생태계를 비침습적으로 파악함으로써 환자 맞춤형 치료 전략을 세우는 데 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.
한계: 아직 대규모 전향적 임상 검증이 필요하다. 다양한 암종과 치료 상황에서의 추가 검증이 진행 중이다.
출처:
• Zhang W, Brown EL, Usmani A, et al. Non-invasive profiling of the tumour microenvironment with spatial ecotypes. Nature. 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10452-4.
• Stanford Medicine News Center (2026.5.6)
• Mayo Clinic 및 LiquidCell Dx 관련 보도자료
이 연구는 액체생검(Liquid Biopsy)의 새로운 지평을 열었으며, 향후 정밀의학에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
