KRICT 한국화학연구원

 - 폐암 등 고형암에선 효과 낮은 CAR-T 항암제 보완 위해, 종양 침투 능력 강한 대식세포 활용 기술 개선
 - 렌티바이러스를 전달책으로 삼아 대식세포의 항암 유전자를 안정적으로 발현한 결과 첫 논문 발표
 - 향후 보완연구 거쳐 고형암 치료에 효과적인 기술 개발 기대

□ 국내 연구진이 기존 CAR-T (카-티) 항암제를 보완할 수 있는 새로운 항암 기술의 실마리를 제시했다.

  ㅇ 한국화학연구원(원장 이영국) 박지훈 박사팀은 인간 말초 혈액 유래의 대식세포(Macrophages)를 대상으로, 렌티바이러스를 이용해 항암 유전자를 안정적으로 삽입시켜 ‘CAR-M(카-엠, 카-대식세포)’ 생산에 성공했다. 향후 혈액암 외에 고형암 치료에도 적용될 것으로 기대된다.

<최지우 석사후연구원(1저자)이 혈액 성분을 대식세포로 배양하기 위해 피펫 도구를 이용해 여러 개의 웰(well, 작은 용기)에 옮기고 있다>

□ ‘키메라 항원 수용체(CAR) T 세포 치료법’은 환자의 면역 세포인 T세포를 신체 밖으로 추출하여, 특정 암세포를 공격하도록 유전자를 변형한 후 환자에게 주입하는 기술이다. 일부 백혈병 등 혈액암 치료에는 매우 효과적이지만 폐암 등 고형암 치료에는 한계가 있다.

  ㅇ 한편 대식세포도 면역 세포의 일종이다. T세포는 고형암 내부 침투가 어렵지만 대식세포는 쉽게 침투할 수 있어, T세포 대신 항암제로 적용하려는 연구가 활발하다. 다만 기존 대식세포 활용 기술은 항암 유전자 변형이 짧은 기간만 이뤄져 치료 효과가 낮은 한계가 있었다.

□ 연구팀은 ‘렌티바이러스’를 유전자 전달책으로 삼아, 대식세포의 손상 없이 항암 유전자를 효과적으로 전달하는 다양한 기술을 개발했다.

< CAR-M 항암제 제작 방법 및 개선점 >

  ㅇ 일반적으로 어떤 유전자를 렌티바이러스에 심어 다른 세포로 전달할 때, 세포막을 얇게 만드는 양이온성 중합체 ‘폴리브렌’을 투입하고 강하게 섞어 렌티바이러스의 세포 침투 및 유전자 전달을 높인다. 그런데 문제는 대식세포가 폴리브렌과 만나면 심각한 독성이 생기며 강한 회전 과정에서 구조가 손상되거나 생존율이 떨어지는 것이다.

  ㅇ 연구팀은 폴리브렌 투입이나 강한 회전 처리 대신, 렌티바이러스와 대식세포의 접촉을 당초 1시간 30분에서 16시간으로 늘렸다. 그 결과 대식세포의 손상없이 렌티바이러스의 전파가 당초보다 잘 일어났다.

  ㅇ 이와 함께 대식세포의 분화상태에 따라 유전자 전달효율이 변동됨을 확인하였다. 이를 감안하여 말초혈액에서 얻은 단핵구가 대식세포로 분화되는 동안 7일을 기다려, 암세포 추적 유전자 전달률을 높였다.

  ㅇ 또한 렌티바이러스가 어떤 세포로 들어갈 때 표면에서 열쇠 역할을 하는 ‘VSV-G 단백질’의 코돈을 최적화해 유전자 전달력을 더 높였다. 쉽게 말해 기존의 열쇠보다 다양한 문을 열 수 있는 마스터 열쇠를 만들고, 표면에 많이 자라도록 VSV-G 생성 명령어를 바꾼 것이다.

  ㅇ 마지막으로 렌티바이러스에 담겨 전달된 항암 유전자가 대식세포에서 잘 발현되도록 DNA 서열 ‘EF1a’를 찾아 적용시켰다. 그 결과 대식세포의 손상없이 유전자 전달 후 최대 20일 동안 안정적으로 항암 기능을 갖춘 ‘CAR 대식세포’ 생산이 유지되었다.

  ㅇ CAR 대식세포는 효과적으로 특정 암세포를 없애는 모습을 보여줬다. 급성 림프구성 백혈병과 B 세포 림프종의 대표적 세포주인 Nalm6와 Raji 암세포를 대상으로 붉은색 형광 단백질을 발현시킨 후, 전자 현미경으로 5일 뒤 확인했을 때 붉은색 부분이 현저히 줄어들었다. 즉 CAR 대식세포가 대부분의 암세포를 삼켜 파괴한 것이다.

< CAR-M 대식세포 활용 유전자 모식도 및 암세포 사멸-삼킴 효능 평가 결과 >

□ 연구팀은 후속 연구를 통해 CAR 대식세포의 대량생산 및 고효율 치료 적용 기술을 개발할 계획이다. 

  ㅇ 연구진은 “말초 혈액으로부터 얻은 대식세포의 낮은 항암 유전자 발현 문제를 렌티바이러스를 이용해 개선한 최초 사례라는 점에서  의미가 있다.”고 밝혔고, 화학연 이영국 원장은 “기존 CAR T 세포 치료법을 보완하여 면역항암 치료 다각화에 기여할 것”이라고 말했다.

  ㅇ 이번 논문은 2025년 1월 국제 학술지 ‘생체 신호 연구(Biomarker Research(IF: 9.5))’에 게재되었다. 화학연 박지훈 박사가 교신저자로, 최지우 석사후연구원이 1저자로 참여했다. 이 연구는 화학연 기본사업, 과학기술정보통신부·산업통상자원부·보건복지부가 공동 지원하는 “국가신약개발사업단”의 지원을 받아 수행됐다.

* (논문 DOI 주소) https://doi.org/10.1186/s40364-024-00703-9

< 최지우 석사후연구원(1저자)이 대식세포를 살펴보고 있다 >