‘1석 2조 항암 전략’… ‘면역반응 유도·유전자 치료’ 동시에

KAIST, 나선형 폴리펩타이드 나노입자 항암 플랫폼 개발 암세포 스스로 ‘위치신호’ 보내 면역세포 공격 유도 유전자치료제 운반체 역할도… 차세대 항암치료 전략 제시 암세포가 위험 신호를 스스로 보내 면역세포의 공격을 유도함과 동시에 유전자 치료제를 전달하는 새로운 항암 플랫폼이 나왔다. 면역항암제와 유전자치료제를 하나의 나노입자로 구현해 암 치료에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. KAIST는 김유천 생명화학공학과 교수 연구팀이 암세포에 강한 스트레스를 일으켜 면역원성 세포사멸을 유도하고 다양한 유전자치료제를 세포 안까지 전달하는 ‘나선형 폴리펩타이드 나노입자’ 플랫폼을 개발했다고 28일 밝혔다. 면역원성 세포사멸은 암세포가 죽으면서 주변 면역세포에 위험 신호를 보내 공격을 유도하는 현상을 의미한다. 우리 몸의 면역세포는 바이러스나 세균 같은 외부 침입자를 효과적으로 제거하지만, 암세포는 다양한 면역 회피 전략을 통해 면역세포의 감시를 피해 쉽지 제거하지 못한다. 연구팀은 다양한 나노입자를 비교·분석해 나노소재 성분뿐 아니라 나선형으로 감긴 모양이 치료 효과를 결정하는 핵심 요소라는 사실을 확인했다. 특히 양전하를 띠는 4차 아민(세포막과 잘 결합하는 화학 구조)과 나선형 구조가 결합하면 마치 나사처럼 세포막을 파고들어 암세포 내부까지 쉽게 들어 간다는 사실도 알아냈다. 반면 같은 성분이지만 나선형으로 감기지 않은 나노 입자는 암세포 안으로 거의 들어가지 못했고 면역반응도 유도하지 못했다. 연구팀이 개발한 나선형 폴리펩타이드 나노입자는 막의 전기적 특성이 다른 암세포에 침투해 미토콘드리아(세포 발전소 역할)와 여러 세포 소기관의 막을 교란시켜 암세포에 극심한 스트레스를 준다. 스트레스를 받은 암세포는 사멸되면서 소위 ‘여기 위험한 세포가 있다’는 구조 신호를 주변에 보내고 이를 감지한 면역세포는 암세포를 인식해 공격한다. 암세포가 스스로 자신의 위치를 면역세포에 알리도록 만든 것이다. 나선형 폴리펩타이드 나노입자는 면역반응에 그치지 않고 유전자치료제를 실어 나르는 운반체 역할도 했다. 연구팀은 유전자와 강하게 결합하는 화학 작용기인 ‘구아니디늄’을 도입해 나노입자가 혈액 속에서 쉽게 분해되지 않으면서 유전자치료제를 안정적으로 운반하도록 설계했다. 연구팀은 흑색종과 대장암 생쥐모델에 면역 회피 단백질(PD-L1)을 억제하는 작은 간섭 리보핵산(siRNA)를 나선형 나노입자에 탑재해 투여한 결과, 종양 성장이 70~80% 억제됐다. 암세포를 직접 공격하는 세포독성 T세포도 종양 내부로 다량 침투해 항암 면역반응을 활성화했다. 김 교수는 “이번 연구는 나노소재가 단순히 치료제를 전달하는 것을 넘어 암세포 스스로 면역반응을 일으키도록 만드는 새로운 항암 플랫폼을 제시했다는 데 의미가 있다”며 “면역항암과 유전자치료를 결합한 차세대 치료 기술 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘바이오머터리얼즈’에 지난 5월 28일 온라인에 실렸다. 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr