항암면역치료에 최적화된 자연살해세포의 3D 배양 구조체 개발
- 향후 CAR-NK치료제와 생체내 삽입형 신규 플랫폼 소자의 융합으로, 미래형 항암병용치료의 가능성 제시
- 3차원 NK세포배양 스캐폴드 개발을 통해, 고형암에서의 치료효과 입증
□ 국내 연구진이 자연살해세포(Natural Killer Cell, NK cell)의 증식과 항암효과를 증진 시키는 3차원 다공성 구조를 가진 히알루론산 (hyaluronic acid; HA) 기반의 세포배양 스캐폴드* (3D-ENHANCE)를 개발하였다. 향후 NK세포 기반의 면역세포치료제 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
* 스캐폴드 : 주로 나노 및 중합체물질로 이루어진 세포배양을 지지할 수 있는 구조체
ㅇ 한국생명공학연구원(이하 생명연, 원장 김장성) 면역치료제연구센터 김태돈 박사팀(교신저자: 생명연 최인표/김태돈 박사, 제1저자: 사천대학교 안영하 박사/김석민 UST박사과정)이 수행한 이번 연구는 국가과학기술연구회가 지원하는 창의형융합연구사업(CAP)*으로 수행되었고, 바이오소재 분야의 학술저널인 바이오머티어리얼즈(Biomaterials, IF 10.273) 4월 10일자에 게재되었다.
(논문명 : A three-dimensional hyaluronic acid-based niche enhances the therapeutic efficacy of human natural killer cell-based cancer immunotherapy)
* 창의형융합연구사업 (CAP, Creative Allied Project) : 국가과학기술연구회(이하 NST)가 지원하는 도전적․혁신적인 융합연구를 지원하는 사업으로서, 미래형 유전자편집 CAR-NK유전자치료제 원천기술을 통한 난치성 암질환 극복과 신약 개발을 위해 2018년 출범했다.
□ NK세포는 선천면역을 담당하는 세포로서 암세포나 바이러스 또는 세균에 감염된 세포들을 제거하는 면역세포로 알려져 있다.
ㅇ NK세포는 암세포를 인지하고 퍼포린, 그랜자임과 같은 효과물질들을 분비하여 암세포의 사멸을 유도하거나 싸이토카인(cytokine)과 같은 면역 신호물질을 분비하여 다른 면역세포의 활성을 조절하기도 한다.
ㅇ 암 치료에 있어 면역세포치료제의 중요성이 나날이 대두되고 있으며 그 중 NK세포의 항암효과가 탁월하다고 보고되고 있으나, NK세포의 대량 증식이 어렵고 침투성이 낮아 고형암에서의 효과가 비교적 낮다는 한계점을 가지고 있었다.
□ 본 연구팀은 NK 세포의 대량 증식이 가능하고 표적 치료가 가능한 생체 삽입형 소재의 3차원 세포배양 스캐폴드를 발굴하였으며, 이를 통해 NK 세포의 항암치료 효과를 증진 시킬 수 있다는 사실을 입증하였다.
ㅇ 이번에 개발한 스캐폴드는 세포외기질(Extracellular matrix)* 성분 중 하나인 히알루론산을 이용한 소재로 생분해성을 가지며 히알루론산의 구조를 변형시킴으로써 생분해 속도를 조절할 수 있어 생체 내 잔존기간을 조절할 수 있다.
* 세포외기질 : 세포 밖에 존재하여, 세포와 밀접하게 연관된 고분자 구조체(예: 콜라겐)
ㅇ 3차원 다공성 구조를 가진 세포배양 스캐폴드 안에서 키운 NK세포는 일반적인 2차원적으로 키운 NK세포에 비해 세포 증식력, 생존력, 살상력, 싸이토카인 분비 능력 및 그에 필요한 유전자들의 발현 증가를 확인하였다. 또한 3D 스캐폴드에서 배양시킨 NK세포를 혈액암 생쥐 모델에 주입하였을 경우, 일반 NK세포주입 생쥐에 비해 생존 기간이 크게 증가한 것을 확인하였다.
□ 뿐만 아니라 암세포에 대한 특이성과 살상력을 높인 CAR-NK치료제와 3D 세포배양 스캐폴드와의 융합으로, 그동안 효과가 미미했던 고형암에서도 뚜렷한 치료 효과를 입증하였다.
ㅇ 종양세포를 주입하여 고형암으로 키운 뒤 절제한 생쥐에 CAR-NK 세포와 일반 NK세포가 배양된 스캐폴드를 삽입한 결과 CAR-NK 세포가 배양된 스캐폴드를 이식한 생쥐에서 암세포의 전이가 크게 감소한 것을 확인하였다.
□ 연구책임자인 김태돈 박사는 “이번 연구성과는 다학제 융합연구의 결실로서 성균관대학교 임용택 교수팀의 3D 나노물질과 한국기초과학지원연구원의 홍관수 박사팀의 생체내 영상기법이 항암 NK세포치료제 개발기술과 융합되어 이루어진 연구 결과”라며,
ㅇ “이렇게 새로이 개발된 면역세포배양 및 치료용 스캐폴드의 적용이 NK 세포 및 CAR-NK유전자치료제 기술에 대한 신개념을 제공함으로써, 향후는 화학요법, 면역조절 요법과 함께 병용 투여하거나 치료할 수 있는 다양한 형태의 융합기술 발전을 가속화시킬 것으로 기대한다”고 밝혔다.
