백혈병 등 혈액암 치료에 효과적인 ‘키메라 항원 수용체(CAR)-T 세포 치료법’의 한계를 극복할 새로운 항암 기술이 개발됐다.
한국화학연구원의 박지훈 박사팀은 인간말초 혈액 유래의 대식세포(Macrophages)를 대상으로, 렌티바이러스를 이용해 항암 유전자를 안정적으로 삽입시켜 ‘CAR-M(카-대식세포)’ 생산에 성공했다고 밝혔다.
CAR-T 세포 치료법은 환자의 면역 세포인 T 세포를 신체 밖으로 추출해 특정 암세포를 공격하도록 유전자를 변형한 후 환자에게 주입하는 기술이다. 해당 기술은 백혈병 등 혈액암 치료에 무척 효과적이지만 폐암 등 고형암 치료에는 한계가 있다. 고형암은 몸 안에 딱딱한 덩어리(종양)로 자라는 암으로, 조직 안에 깊숙하게 자리잡고 있어 T세포가 내부로 침투하는 게 어렵기 때문이다.
반면 면역 세포의 일종인 대식세포는 고형암 내부에도 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 이번 연구에서 ‘렌티 바이러스’를 유전자 전달책으로 삼아, 대식세포의 손상 없이 항암 유전자를 효과적으로 전달하는 다양한 기술을 개발했다. 일반적으로 어떤 유전자를 렌티 바이러스에 심어 다른 세포로 전달할 때 세포막을 얇게 만드는 양이온성 중합체 ‘폴리브렌’을 투입하고 강하게 섞어 렌티 바이러스의 세포 침투 및 유전자 전달을 높인다. 그런데 문제는 대식 세포가 폴리브렌과 만나면 심각한 독성이 생기며 강한 회전 과정에서 구조가 손상되거나 생존율이 떨어진다. 이에 연구팀은 강한 회전 처리 대신 렌티바이러스와 대식세포의 접촉을 당초 1시간 30분에서 16시간으로 늘렸다. 그 결과 대식세포의 손상없이 렌티바이러스의 전파가 활발하게 이뤄졌다. 이와 함께 대식 세포의 분화 상태에 따라 유전자 전달 효율이 변동되는 것도 확인할 수 있었다. 이를 감안해 말초혈액에서 얻은 단핵구가 대식세포로 분화되는 동안 7일을 기다려, 암세포 추적 유전자 전달 확률을 높였다.
또한 유전자 전달력을 높이기 위해 렌티바이러스가 어떤 세포로 들어갈 때 표면에서 열쇠 역할을 하는 ‘VSV-G 단백질’의 코돈을 최적화했다. 기존의 열쇠보다 다양한 문을 열 수 있는 마스터 열쇠를 만들고, 표면에 많이 자라도록 VSV-G 생성 명령어를 바꾼 것이다. 마지막으로 연구팀은 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 유지됐다.
이렇게 개발된 ‘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.
연구진은 “말초 혈액으로부터 얻은 대식세포의 낮은 항암 유전자 발현 문제를 렌티바이러스를 이용해 개선한 최초 사례라는 점에서 의미가 있다”며, “기존 CAR T 세포 치료법을 보완하여 면역항암 치료 다각화에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 논문은 2025년 1월 국제 학술지 ‘생체 신호 연구(Biomarker Research(IF: 9.5))’에 게재됐다. 화학연 박지훈 박사가 교신저자로, 최지우 석사후연구원이 1저자로 참여했다. 이 연구는 화학연 기본사업, 과학기술정보통신부·산업통상자원부·보건복지부가 공동 지원하는 ‘국가신약개발사업단’의 지원을 받아 수행됐다.
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