정상세포 손상없이 암세포만 타깃 '스마트 항체' 개발

국내 연구진이 빛이나 화학 자극이 있을 때만 작동하는 스위치형 스마트항체 기술을 개발하면서, 차세대 CAR-T 치료의 전기가 마련됐다.

기존 CAR-T(환자 면역세포를 유전적으로 조작해 암세포를 공격하도록 만든 세포치료 기술) 치료는 면역세포가 암세포를 인식하면 즉시 공격해 정상세포까지 손상시키는 위험이 있었다. 이번에 개발된 기술은 원하는 순간과 위치에서만 면역세포를 정밀하게 제어할 수 있다.

허원도 KAIST 생명과학과 석좌교수 연구팀은 빛과 화학 자극을 이용해 세포 밖 항원 인식을 제어할 수 있는 엑스트라바디(Extrabody) 플랫폼을 개발했다고 27일 밝혔다.

연구팀은 이 기술을 통해 면역세포가 원하는 순간에만 서로 반응하고 작동하도록 정밀하게 조절할 수 있음을 입증했다.

이번 연구의 핵심은 항체를 두 조각으로 분리한 뒤, 외부 자극이 있을 때만 다시 결합하도록 설계했다는 점이다. 일반적인 항체는 생성되자마자 항원에 결합하지만, 연구팀은 빛 또는 화학물질이 존재할 때만 두 항체 조각이 재결합해 항원을 인식하도록 구현했다. 즉, 단순히 항상 작동하는 기존 항체 시스템과 달리, 필요한 순간에만 선택적으로 작동하는 온디맨드(on-demand필요한 순간에만 활성화되는 방식) 항체 플랫폼이다.

연구팀은 빛에 반응하는 시스템과 화학물질에 반응하는 시스템을 각각 구축했으며, 형광 단백질뿐 아니라 암세포 표면에 많이 발현되는 EGFR(상피세포 성장인자 수용체)HER2(인간 상피세포 성장인자 수용체2) 단백질에도 적용 가능함을 확인했다.

실험 결과, 외부 자극이 있을 때만 항원 결합이 선택적으로 활성화됐으며, 다양한 항체 구조에서도 동일한 원리가 작동했다. 이는 엑스트라바디가 여러 표적과 항체 형태에 적용 가능한 모듈형 플랫폼(Modular platform다양한 표적과 기능으로 확장 가능한 기술 구조)임을 보여준다.

이와 함께 엑스트라바디가 단순한 항원 인식을 넘어 세포 간 상호작용까지 조절할 수 있음을 확인했다. 빛 자극이 있을 때만 세포끼리 접촉하고 항원을 전달하는 현상이 나타났으며, 자극이 없을 때는 이런 반응이 거의 발생하지 않았다. 특히 항원이 세포 내부로 전달되는 과정도 관찰돼, 향후 세포 간 정보 전달 연구에도 활용 가능성을 보였다.

연구팀은 엑스트라바디를 합성수용체(synNotch특정 신호를 받을 때만 세포 반응을 유도하도록 설계한 합성 생물학 기술) 및 CAR 시스템(면역세포가 특정 암세포를 인식공격하도록 설계한 기술)에 적용했다. 그 결과 빛과 항원이 동시에 존재할 때만 세포 내부 신호가 활성화되는 이중 잠금장치(double-gating두 가지 조건이 동시에 충족될 때만 작동하는 방식)가 구현됐다.

이를 통해 유전자 발현, 사이토카인(Cytokine면역세포 간 신호 전달에 사용되는 단백질) 분비, 면역세포 활성화 등을 정밀하게 제어할 수 있었으며, 실제 T세포 실험에서는 빛 자극이 있을 때만 암세포를 선택적으로 공격하는 현상도 확인됐다.

연구팀은 이번 기술이 기존 CAR-T 세포치료에서 문제로 지적돼 온 비의도적 면역 활성화와 부작용을 줄일 수 있는 새로운 전략이 될 것으로 기대하고 있다.

허원도 석좌교수는 이번 연구는 외부 자극을 이용해 세포 표적 인식을 원하는 시점과 위치에서 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 플랫폼 기술이라며 향후 차세대 면역치료와 세포 기반 치료 기술의 안전성과 정밀도를 높이는 핵심 기반 기술로 활용될 수 있을 것이라고 말했다.

KAIST 생명과학과 권유리 박사와 유다슬이 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 셀 케미컬 바이올로지(Cell Chemical Biology) 5월 7일자 온라인판에 게재됐다. 논문 제목은 An extracellular, optogenetic antibody platform for stimulus-gated antigen recognition and modulation of cell behavior.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 ASTRA 사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.