포스텍(POSTECH)은 김원종 화학과·융합대학원 교수 연구팀이 종양 내에 '항체 공장'을 짓고, 이를 통해 암을 치료하는 혁신적인 방법을 찾았다고 4일 밝혔다.
'면역관문(Immune Checkpoints)'은 T세포(면역세포)가 정상적인 세포와 암세포를 구별할 수 있도록 돕는 단백질이다. 하지만 암세포가 이를 악용해 T세포의 공격을 회피하기도 한다. 따라서 암세포의 방어 메커니즘을 차단하고, T세포가 암세포를 효과적으로 공격하도록 유도해야 하는데, 이것이 바로 '면역관문 억제 치료'다.
이 치료법은 최근 흑색종과 폐암 등 다양한 암에서 효과를 보였지만 일부 암에서는 T세포가 종양에 침투하지 못하거나 종양 주변의 환경이 면역세포를 억제해 치료 효과가 제한되는 문제가 있었다.
김원종 교수(왼쪽)와 공동제1저자 박미현 씨.
연구팀은 이와 같은 한계를 극복하기 위해 종양 내부에서 항체를 직접 생산하고 방출하는 'CAPRN'이라는 나노입자 플랫폼을 개발했다. CAPRN은 종양이 위치한 약산성 환경에서 활성화되도록 설계된 나노입자다. 종양 세포에 항체를 생성할 수 있는 유전자를 전달해 종양 세포가 스스로 항체를 생산하게 만든다. 즉, 종양 자체를 면역 반응을 촉진하는 '항체 공장'으로 탈바꿈시켜 암세포와의 싸움을 종양 내부에서 시작하게 하는 것이다.
여기에 더해 CAPRN 안에는 광감응제가 포함돼 있어 특정 파장 빛에 반응해 활성산소를 생성하며 종양 세포를 사멸시킨다. 이 과정에서 종양 세포의 내부에 축적된 항체가 방출되고, 이 항체는 주변의 T세포를 자극해 면역 반응을 더욱 강화한다. 항체 생산과 방출, 활성산소를 통한 종양 제거라는 이중 메커니즘을 통해 면역 반응을 폭발적으로 증폭시키며 치료 효과를 극대화한 것이다.
종양에 축적되어 종양 세포 내 항체를 생산하고 레이저에 감응해 방출이 가능한 나노입자 기반 면역 치료의 모식도
동물 실험 결과, CAPRN은 흑색종 모델에서 원발성 종양뿐 아니라 양측성 종양 모델에서도 강한 종양 억제 효과를 보였다. 특히, 종양의 자체적인 항체 생산과 방출이 효과적으로 이루어짐에 따라 기존 외부 항체 주입 방식보다 훨씬 높은 항암 효과를 나타내며, 암 치료의 새로운 패러다임을 제시할 가능성을 입증했다.
김원종 교수는 “정상세포보다 활성이 높은 종양세포내에서 항체를 고효율로 선택적으로 생산하고 방출한다는 방식은 매우 혁신적”이라며, “유전자와 항체 치료를 융합한 연구팀의 CAPRN이 암 치료 패러다임에 획기적인 변화를 가져올 것”이라고 기대했다.
과학기술정보통신부의 리더연구자지원사업, 미래유망융합기술 파이오니어사업, 선도연구센터사업, 산업통상자원부의 ITECH R&D사업, 교육부 글로컬대학30 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 세계적인 재료 과학 저널인 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)' 온라인판에 게재됐다.
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