연구성과

화학 김원종 교수팀, 자연 살해 세포의 면역시냅스 형성을 이용한 암 치료법 개발

2020-04-28 342

[암 덩어리, 항암제로 중무장한 자객 세포로 살해한다]

우리 몸에는 바이러스에 감염된 세포나 암세포를 직접 파괴하는 면역세포, 즉 자연 살해 세포가 존재한다. 최근 POSTECH 연구팀이 자연 살해 세포의 면역 치료와 화학 요법을 융합하여 효과적으로 암을 치료하는 항암 면역요법을 개발해 관심을 끌고 있다.

화학과 김원종 교수 연구팀은 ㈜지아이셀과 공동연구를 통해 자연 살해 세포-암세포 면역 시냅스 형성을 이용한 고형암 치료법을 개발했다. 이 연구성과는 재료 과학 분야의 세계적인 학술지 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials) 최신 온라인판 표지논문으로 게재됐다.

현재까지 암을 치료하기 위해 수술, 방사선 요법, 화학 요법의 세 가지 방법이 대표적으로 시행되고 있다. 수술과 방사선 요법은 고형암을 대상으로 시행되는 요법으로 종양의 크기를 줄이는 데는 효과적이지만, 잔여 세포나 전이 세포 때문에 재발 우려가 크다. 잔여 세포 및 전이 세포는 환자에게 항암제를 투여하는 화학 요법을 시행해 치료하지만, 전신에서 나타나는 심각한 부작용들로 인해 그 사용이 제한돼있다.

하지만 인체에는 암세포를 정상 세포로부터 분별하고 선택적으로 사멸을 유도할 수 있는 면역 체계가 있으며, 이를 이용한 항암 면역요법은 화학 요법에 비해 부작용이 적을 뿐만 아니라 환자의 생존율도 높인다.

특히, 항암 면역요법 중 자연 살해 세포를 이용한 치료는 부작용이 낮고, 혈액암에서 더 효과가 좋다. 하지만 개별 세포로 혈액을 떠다니는 혈액암 세포와 달리, 고형암에서는 암 조직 주변을 둘러싸고 있는 세포 외 기질로 인해 자연 살해 세포의 침투력이 낮아져 치료 효과가 낮아 이를 극복하기 위한 연구가 진행되고 있다.

연구팀은 자연 살해 세포가 암세포의 사멸을 유도하기 위해 자연 살해 세포-암세포의 경계면에서 면역 시냅스를 형성한 후 낮은 산성도를 가지는 과립을 방출한다는 점에 착안해, 면역 시냅스 부근에서 산성도가 급격히 감소할 것이라는 가설을 세웠다.

이 가설을 기반으로 자연 살해 세포 표면에 낮은 산성도에 감응하여 항암제를 방출할 수 있는 고분자 마이셀*1을 탑재한다면 자연 살해 세포가 암세포를 인식하는 능력을 이용해 암세포에서 선택적으로 항암제를 방출하는 시스템이 구현 가능할 것으로 판단했다.

또한, 항암제는 암 조직 주변의 밀집된 세포 외 기질을 통과해 종양 심부로 들어갈 만큼 충분히 작은 크기를 가지고 있으므로 종양 심부의 암세포까지 사멸을 유도할 수 있을 것이라 기대했다.

연구팀은 고형암 치료에서 치료 효과는 낮고, 부작용은 높은 문제를 극복하기 위해 자연 살해 세포 치료법과 화학 요법을 융합했다. 자연 살해 세포가 암세포를 인식하고 사멸을 유도할 때에만 항암제를 방출할 수 있는 시스템을 구현한 것이다.

또한, 공초점 형광 현미경을 이용한 동영상 촬영을 통해 자연 살해 세포-암세포 사이에 형성된 면역 시냅스에서 산성도가 낮아지는 것과 ReNK*2시스템이 선택적으로 항암제를 방출한다는 것을 확인했다.

뿐만 아니라 고형암이 있는 동물모델에서 ReNK를 이용해 항암제를 전달했을 때 암 조직으로의 전달 효율이 현격히 증가하는 것을 확인했다.

교신저자로 연구를 주도한 김원종 교수는 “이번 연구는 자연 살해 세포를 이용한 세포 치료제의 고질적인 문제점이었던 고형암에서의 치료 효과를 높일 수 있는 전략을 개발했다는 데 그 의의가 있다”며, “이 방법은 간단한 공정으로 어떠한 세포에도 적용할 수 있어, 현재 시판되거나 임상 시험 중인 치료법에도 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 미래소재디스커버리사업, 중견연구사업, 바이오의료기술개발사업, ㈜지아이셀 산학연구과제의 지원으로 수행됐으며, 연구와 관련된 특허는 ㈜지아이셀에 기술이전 했다.
 


1. 고분자 마이셀(micelle)
친수성-소수성으로 이루어진 고분자로 형성된 나노입자

2. ReNK
산성도에 감응하는 고분자 마이셀을 탑재한 자연 살해 세포