면역항암치료의 난제로 꼽히는 낮은 치료 반응률과 전신 부작용을 동시에 극복하기 위해 치료제를 종양 부위에 정밀하게 전달하는 나노기술 기반의 차세대 전략이 제시됐다. 개인 맞춤형 mRNA 암백신부터 환자의 몸속에서 직접 CAR-T 세포를 만들어내는 기술, 종양 안에서 면역세포를 활성화하는 새로운 나노입자 개념까지 암 면역치료의 미래 기술이 한데 정리됐다.
서울대병원 신경외과 백선하 교수팀(조언택 박사)은 독일 본대학병원 슈미트 울프(Ingo G. H. Schmidt-Wolf)·아밋 샤마(Amit Sharma) 교수팀, 중국 상하이교통대 런지병원 징징 푸(Jingjing Pu) 박사팀과 최신 나노 면역치료 연구와 임상 현황을 폭넓게 분석하고 다중 병용 치료 플랫폼을 제안한 리뷰 논문을 국제학술지 ‘Molecular Cancer’ 최근호에 발표했다.
면역항암치료는 환자의 면역체계를 다시 활성화해 암세포를 공격하도록 하는 치료법이다. 암세포가 보내는 면역 억제 신호를 차단하는 면역관문억제제는 흑색종 등에서 치료 성과를 보여왔으며, 환자의 T세포에 암세포를 인식하는 유전자를 넣어 다시 투여하는 CAR-T 세포치료는 일부 혈액암 치료의 패러다임을 바꿨다.
하지만 모든 환자와 암종에서 충분한 효과를 내는 것은 아니다. 상당수 고형암에서는 면역세포가 종양 내부로 제대로 침투하지 못해 치료 효과가 제한될 수 있다. 또 면역계를 광범위하게 자극하는 치료 특성 때문에 대장염이나 폐렴과 같은 전신 면역 관련 이상반응이 나타날 수 있다.
연구팀이 이러한 한계를 보완할 기술로 주목한 것이 나노입자다. 나노입자는 크기와 표면 성질을 세밀하게 조절할 수 있어 치료물질을 원하는 부위에 전달하고 약물이 방출되는 위치와 시점까지 제어하는 전달체로 활용할 수 있다. 정상조직에 미치는 영향을 줄이면서 종양 미세환경에 치료물질을 집중시키는 것이 핵심 개념이다.
연구팀은 면역관문억제제와 암백신, CAR-T 세포치료, CIK(사이토카인 유도 살해세포) 세포치료, 사이토카인, 보체 치료 등 암 면역치료 6개 핵심 영역을 중심으로 나노기술의 적용 현황을 분석하고 여러 치료기전을 결합하는 차세대 병용 전략을 정리했다.
개인 맞춤형 mRNA 암백신 분야에서는 지질나노입자(LNP)를 활용해 환자의 암세포에서 찾아낸 특이 항원인 ‘네오안티젠’ 정보를 담은 mRNA를 효과적으로 전달하고 강력한 T세포 면역반응을 유도하는 전략을 소개했다.
CAR-T 치료에서는 한 단계 더 나아간다. 환자의 T세포를 몸 밖으로 꺼내 배양하고 유전자를 조작한 뒤 다시 투여하는 기존 방식 대신, 나노입자를 이용해 CAR 유전자를 환자의 체내 T세포에 직접 전달함으로써 몸속에서 CAR-T 세포가 만들어지도록 하는 기술이다.
이 기술이 향후 안전성과 유효성을 확보하고 상용화 단계까지 발전할 경우 복잡한 세포 제조과정에 들어가는 시간과 비용을 줄여 CAR-T 치료의 접근성을 높일 가능성이 있다고 연구팀은 전망했다.
특히 연구팀은 CIK세포치료의 한계를 극복하기 위한 새로운 개념의 나노입자 전략을 이번 논문에서 제안했다. CIK세포는 T세포와 NK세포의 특성을 함께 갖고 있어 다양한 암세포를 공격할 수 있지만 체외에서 배양해 다시 주입해야 하고, 종양으로 이동하는 능력과 체내 지속성이 떨어진다는 한계가 있다.
연구팀은 항CD3 항체와 NKG2D 리간드, IL-2, IL-15 등 면역세포 자극 물질 4가지를 하나의 나노입자에 담아 종양 미세환경으로 전달하는 개념을 제시했다. 나노입자가 종양 부위에 축적된 뒤 이들 물질을 동시에 방출해 주변 T세포가 CIK와 유사한 면역 특성을 갖도록 유도한다는 구상이다.
복잡한 체외 세포배양 과정 없이 환자의 몸 안에서 정밀한 면역반응을 유도할 가능성을 제시한 것이다. 다만 아직 개념적 치료 전략인 만큼 실제 환자에게 적용하기 위해서는 후속 연구를 통해 안전성과 유효성을 검증해야 한다.
서로 다른 항암 기전을 하나의 나노입자에 결합하는 병용 전략도 제시됐다. 종양항원과 면역관문억제제 항체를 함께 담은 나노입자가 종양의 산성 환경에서 두 물질을 동시에 방출해 T세포를 활성화하면서 면역 억제 신호를 차단하는 방식이다.
또 다른 전략은 자성을 띠는 산화철 입자에 독소루비신이나 파클리탁셀 같은 항암제와 종양표적 항체를 결합하는 것이다. 외부에서 교류자기장을 가해 종양 부위에 42~45℃의 국소적인 열을 발생시키면 약물이 방출되고, 열 자극으로 발생하는 신호물질을 통해 항암 면역반응까지 함께 유도하도록 설계됐다.
인공지능(AI)을 활용해 나노입자를 설계하거나 혈액뇌장벽(BBB)을 통과하는 나노입자를 개발하는 기술도 미래 연구 방향으로 제시됐다. 유전자가위(CRISPR)와 마이크로바이옴 조절 기술을 나노기술과 결합하는 방안도 포함됐다.
반면 연구실의 기술을 실제 환자 치료로 연결하기 위해서는 넘어야 할 과제도 적지 않다. 연구팀은 나노치료제의 대량생산 공정을 표준화하고 체계적인 안전성 평가기준을 마련하는 것이 임상 전환을 위해 풀어야 할 주요 과제라고 지적했다.
백선하 서울대병원 신경외과 교수는 “나노기술은 암 면역치료의 전달 정밀도를 높이고 부작용을 줄일 수 있는 혁신적인 플랫폼으로, 환자 맞춤형 정밀의료를 구현하는 핵심 기술로 발전할 것”이라며 “이번 리뷰 논문이 차세대 암 면역치료제 개발과 임상 적용을 위한 실질적인 참고자료가 되기를 바란다”고 밝혔다.
