암과 싸우는 세포를 훈련시키는 새로운 항암법

암은 현대 인간에게  가장 높은 사망 원인을 제공하는 질병입니다.

인체 내에 존재하는 면역세포를 이용한 암 치료 기술은 2010년 4월 최초로 미국 덴드리온사가 FDA의 승인을 받은 바 있습니다.

그러나 이 치료법은 환자에서 약 40일정도의 생존 연장을 주는 것에 만족해야 합니다.

이런 가운데 나노융합기술 기반의 신개념 항암 면역세포 치료기술로 항암 치료 능력을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 고려대 김영근 교수팀과 서울대병원 박영배 교수팀으로 구성된 공동 연구팀에 의해 개발됐습니다.

복합기능 산화철-산화아연 나노입자 모식도, 투과전자현미경 사진 및 자기적, 광학적 특성

공동 연구팀은 융합연구를 통해 내부는 산화철, 껍질은 산화아연으로 구성된 코어-쉘 구조의 나노입자를 제조한 후 수지상세포에 탑재하고, 이에 대한 동물실험을 통해 종래의 수지상세포 치료기술보다 항암 치료 능력이 뛰어난 결과를 얻었습니다.

환자에 수지상세포를 주사하면 림프절로 이동하여 암세포를 죽일 수 있는 T-세포를 교육시키고, 수지상세포로부터 교육 받은 T-세포는 암 조직으로 이동해 암세포의 증식을 억제합니다.

즉, T-세포는 암에 맞서 최일선에 싸우는 병정 세포라 볼 수 있고, 수지상세포는 T-세포가 암과 잘 싸울 수 있게 T-세포를 자극시키는 훈련관이라 할 수 있는 것입니다.

개발된 산화아연 결합 펩타이드와 나노입자의 친화도 분석 결과.

따라서 T-세포가 암의 특징(항원)을 잘 인식할 수 있도록 충분한 양의 항원을 수지상세포에 탑재하는 것과, 환자의 림프절에 많은 수지상세포가 이동하도록 하는 것이 수지상세포를 이용한 면역세포치료의 핵심사항입니다.

기존의 방식들은 이러한 종양특이항원의 탑재효율이 낮거나 이를 객관적으로 모니터링하는 것이 어려워 항암치료에 어려움을 겪어왔습니다. 

이러한 문제를 해결하기 위해 연구진은 직경 10nm의 나노입자에 초정밀 기술을 활용해 항암 면역 세포치료에 필요한 3가지 기능을 동시에 갖도록 했습니다.

암 항원과 나노입자의 수지상세포 내 도입 효율을 분석 결과.

이번에 개발한 나노입자는 마치 호두처럼 내부는 산화철(Fe3O4), 껍질은 산화아연(ZnO)으로 이뤄진 구조로입니다.
 
산화철은 자성을 띄므로 자기 MRI 영상, 산화아연은 반도체로서 발광현상에 의한 형광영상을 각각 제공합니다.

나노입자의 체내 독성 또한 향후 임상에 영향을 미칠 수 있으므로 연구진은 재료선택 시 이러한 점을 고려했다고 합니다.

산화철 나노입자는 이미 MRI 영상조영제로서 널리 쓰이고 있고, 산화아연 나노입자는 자외선차단제인 선블럭 크림에 쓰이고 있어 다른 반도체 재료보다 독성이 없음이 이미 알려져 있는 소재입니다.

또한 산화아연 표면에 스카치테이프 역할을 하는 생체분자인 펩타이드 서열을 고안하여 대장암, 위암 같은 암세포에만 있는 분자항원을 나노입자에 부착할 수 있도록 설계했습니다.

MRI를 이용한 세포 및 생체내 나노입자 영상 분석 결과.

이러한 복합구조의 나노입자를 수지상세포에 넣고, 암에 걸린 쥐에 주사하였을 때, 다른 대조군에 비해 현저히 향상된 항암효과를 관찰할 수 있습니다.

또한 개발된 나노입자 구조체는 기존의 MRI 조영제와 달리 약 1시간 내에 수지상세포 탑재가 가능하고, 종양특이항원의 수지상세포 내 전달, 수지상세포의 인체 내 전달을 동시에 확인할 수 있는 다기능성을 보유하고 있습니다.

이번 연구결과는  '나노기술 분야의 최고 권위의 학술지인 영국의 '네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 9월 11일자 온라인 판에 "A multifunctional core-shell nanoparticle for dendritic cell-based cancer immunotherapy"란 제목으로 게재됐습니다.

이번 연구에는 국립암센터 이상진 박사 , 김대홍 박사, 포항공대 생명과학부 양재성, 김상욱 교수가 참여하였고, 서울대 박사과정 정택진 학생, 고려대 박사과정 민지현 학생, 고려대 우준화 연구교수가 실험을 진행했습니다.

현재 본 연구와 관련한 나노입자 제조기술은 이미 우리나라, 일본, 미국 특허가 등록된 상태이며, 펩타이드를 포함하는 산화아연 복합체 기술은 PCT 특허를 출원한 상태입니다.


 용  어  설  명
 
복합기능 나노입자 :
MRI촬영에 활용 가능한 자기적 특성, 형광영상 촬영에 가능한 광학적 특성, 암항원의 수지상세포내 전달에 필요한 생체기능성 등 두 가지 이상의 기능을 동시에 구현할 수 있도록 고안된 나노입자.

펩타이드 서열 :
여러 개의 아미노산이 공유결합으로 연결된 중합체. 일반적으로 크기가 작은 단백질을 일컬음.

수지상세포 기반 항암 면역치료기술 :
선천면역계화 후천면역계를 기능적으로 연결하여 면역반응을 활성화 시키는데 핵심적인 역할을 수행하는 면역세포인 수지상세포를 인위적으로 조절하여 암에 대한 면역반응을 증강시킴으로서 암을 치료하는 환자 맞춤형 의료 신기술. 미국 FDA는 2010년 덴드리온사의 전립선암에 대한 수지상세포 치료제를 최초로 허가하였다.