“암세포 꼼짝마” NK세포 공격력 극대화 기술 개발
“암세포 꼼짝마” NK세포 공격력 극대화 기술 개발
NK세포 내 암세포 인식 돕는 유전자 도입

암세포 추적 위해 형광·자성 나노입자 개발
  • 박정식 기자
  • 승인 2019.08.25 12:00
  • 댓글 0
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[헬스코리아뉴스 / 박정식 기자] 국내 연구진이 암세포 치료를 극대화 할 수 있는 세포치료제 제작기술을 개발했다.

25일 한국연구재단에 따르면 차의과대학교 박경순, 박우람, 한동근 교수 공동연구팀이 생체재료 기반 나노기술을 이용해 암세포에 구멍을 내 죽이는 NK세포(Natural Killer Cell·자연살해세포)가 암세포를 보다 잘 공격하도록 만드는 세포치료제 제작기술을 개발했다.

우리 몸에 선천적으로 존재하는 NK세포는 선천면역을 담당하는 세포로 바이러스에 감염된 세포나 암세포를 선택적으로 인식한 후 즉각적으로 파괴한다. 다른 면역세포와 달리 면역거부반응이 적어 건강한 사람의 세포를 환자에게 사용할 수 있는 등의 장점을 갖추고 있어 암세포에 대한 공격력을 높이려는 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

다만 NK세포의 자체방어기작 때문에 외부에서 인식강화유전자를 도입하기가 쉽지 않아 암세포와 보다 잘 싸울 수 있는 자연살해페로를 만드는데 어려움을 겪고 있다. 기존 바이러스를 이용해 암세포 인식강화 유전자를 NK세포 내로 전달하려는 방식은 바이러스를 매개체로 한다는 점에서 안전성 측면에서 다소 불리하며 자연살해세포가 바이러스를 공격하여 전달효율을 높이는 데 한계가 있기 때문이다.

다기능성 나노입자 제작 및 생체 적용 모식도. (자료=차의과대학교)
다기능성 나노입자 제작 및 생체 적용 모식도. (자료=차의과대학교)

이를 극복하고자 연구팀은 바이러스 대신 형광을 띠는 자성 나노입자를 암세포 인식강화 유전자와 함께 전달함으로써 자연살해세포 내로 이 유전자가 전달되는 효율을 크게 높였다.

고분자 생체재료를 나노입자 위에 겹겹이 쌓는 삼중코팅 방식을 통해 NK세포의 자체 방어기작을 회피하도록 설계해 이 유전자를 보다 효과적으로 세포 내로 전달할 수 있었다. 나노입자의 도움으로 자연살해세포 표면에 암세포 인식강화 단백질이 정상적으로 만들어지는 것과 악성유방암세포벽에 구멍을 내어 파괴하는 능력이 향상되는 것을 확인했다.

실제 유방암 생쥐모델에서 종양성장 억제능력을 살펴본 결과 종양크기가 대조군에 비해 약 4배 감소한 것으로 나타났다. 또한 나노입자가 자성을 띠는 아연-철 산화물과 근적외선 형광 분자를 포함하고 있어 기존 자기공명영상과 광학형광영상기법으로 생쥐 동물모델에서 자연살해세포의 위치나 움직임을 추적할 수 있음을 입증했다.

다기능성 나노입자가 표지된 NK세포의 생체내 추적 영상. (자료=차의과대학교)
다기능성 나노입자가 표지된 NK세포의 생체내 추적 영상. (자료=차의과대학교)

박경순 교수는 “차세대 항암면역세포로 주목받는 NK세포를 자유자재로 엔지니어링할 수 있는 기술을 개발한 것”이라며 “기존 바이러스 벡터에 비해 유전자 전달 효율뿐 아니라 생체 안전성도 높다는 장점을 가지고 있다”고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신·한국연구재단 개인기초연구(중견연구 및 신진연구)사업과 보건복지부 연구중심병원육성과제 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 ‘바이오머티리얼스’(Biomaterials) 8월9일자(한국시간)에 게재됐다.

 

아래는 연구진과의 미니 인터뷰.

왼쪽부터 차의과대학교 박경순 교수, 박우람 교수, 한동근 교수. (사진=차의과대학교)
왼쪽부터 차의과대학교 박경순 교수, 박우람 교수, 한동근 교수. (사진=차의과대학교)

■ 연구를 시작한 계기나 배경은?

자연살해세포는 면역세포치료제 개발 분야를 선도하고 있는 T세포의 단점을 보완할 수 있는 장점을 갖고 있는 반면, 외부 유전자의 도입효율이 낮은 문제로 인해, 항암기능을 강화시키기 위한 다양한 세포 엔지니어링을 시도하는데 어려움이 있다.

나노입자를 DNA 전달체로 활용하는 기술은 줄기세포 등의 다른 세포에서는 성공적으로 보고된 반면, 자연살해세포에는 보고된 바가 없었으므로, 생체재료기반 나노입자 합성 전문 연구팀과의 공동연구를 통해 기술개발을 시작했다.

 

■ 연구하면서 어려웠던 점이나 장애요소는 무엇인지?

이론에 근거해서 음이온성을 띠는 DNA와 양이온성 나노입자가 결합체를 형성해, 자연살해세포 내부로 내재화되어 세포 엔지니어링이 가능할 것으로 예상했다. 그러나 실제로는 나노입자와 CAR-DNA가 자연살해세포 내부로 전달되어 RNA 수준까지 발현됨에도 불구하고 CAR 단백질이 발현되지 않는 문제가 있었으며, 이를 해결하는데 1년 이상의 많은 시간이 소요됐다.

자연살해세포는 바이러스 등의 외부 이물질을 파괴하는 면역세포다. 이러한 특성으로 인해 외부로부터 유입된 유전자의 발현을 억제할 것으로 예상하고, 다양한 나노입자를 분석한 끝에 삼중코팅 나노입자를 제작함으로써 문제를 해결할 수 있었다.

 

■ 이번 성과, 무엇이 다른가?

본 연구는 비(非)바이러스성 나노입자를 이용해 외부 유전자를 자연살해세포로 도입, 세포를 엔지니어링하는 기술을 개발한 것이다. 기존의 바이러스 벡터에 비해 유전자 전달 효율뿐만 아니라 생체 안전성도 높다는 장점이 있다.

 

■ 후속으로 진행하고 싶은 연구는?

현재 항암면역세포를 고형암에 적용하기 위한 연구가 경쟁적으로 진행되고 있다. 본 연구를 통해 개발된 기술을 활용해 고형암 주변 종양미세환경을 극복하는 기능이 탑재된 자연살해세포를 개발하는 연구를 진행할 계획이다.


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