새로운 공학적 전략, 암 치료용 CAR-NK·CAR-T 세포치료 효과 높인다

연구자들이 암 치료를 위한 공학적으로 조작된 면역세포 치료를 크게 개선할 수 있는 여러 새로운 접근법을 확인했으며, CAR-T와 CAR-NK 세포 기술 모두에서 현재의 한계를 극복할 수 있는 가능성이 제시됐다.

CAR-T 세포 연구에서는, 면역반응을 억제하는 분자적 체크포인트로 알려져 있던 핵 수용체 NR2F6를 삭제하면 고형암에 대한 CAR-T 세포의 성능이 현저히 향상된다는 사실을 과학자들이 발견했다. 이 결과는 NR2F6를 제거하면 소진된(exhausted) CAR-T 세포가 다시 활력을 되찾아, 종양세포에 대한 활성을 더 효과적으로 지속할 수 있음을 시사한다. 이번 발견은 암 면역치료의 주요 과제 가운데 하나인—혈액암에 비해 고형암을 표적화하는 CAR-T 치료의 제한적 성공—를 극복하는 데 대한 통찰을 제공한다.

한편, Chinese Academy of Sciences Institute of Zoology 연구팀은 암 면역치료를 위한 자연살해(NK) 세포를 대량 생산하는 획기적 방법을 개발했다. 연구자들은 성숙 NK 세포를 수정하는 대신, 제대혈에서 얻은 CD34+ 조혈줄기 및 전구세포(hematopoietic stem and progenitor cells, HSPCs)에서 출발했다. 연구팀은 CD34+ HSPC 단일 세포가 iNK 세포를 최대 1,400만 개 또는 CAR-iNK 세포를 760만 개까지 생성할 수 있음을 확인했다. 연구자들은 전형적인 제대혈 1유닛의 1/5만으로도 이론적으로 수천, 나아가 수만 회분의 치료 용량에 필요한 세포를 생산할 수 있다고 추정했다. 해당 결과는 Nature Biomedical Engineering에 게재됐다.

중국 연구팀은 3단계 시스템을 사용했다. 첫째, 방사선 조사(irradiated)된 AFT024 피더(feeder) 세포의 도움으로 CD34+ HSPC를 증식시켰다. 14일 이내에 세포는 약 800~1,000배로 늘어났다. 둘째, 증식된 세포를 OP9 피더 세포와 함께 배양해 인공 조혈 오가노이드(artificial hematopoietic organoid) 응집체를 만들었다. 이는 NK 계통으로의 효율적인 분화(commitment)와 발달을 지지하는 구조다. 마지막 단계에서는 NK 세포로 분화가 결정된 세포가 성숙하고 추가로 증식하도록 했다. 이 과정은 내인성 CD16을 발현하는 고순도의 iNK 또는 CAR-iNK 세포를 생성했다.

또 다른 주요 개선점은 CAR 공학에 필요한 바이러스 벡터(viral vector) 사용량이 급격히 줄었다는 점이다. 성숙 NK 세포를 수정하는 데 보통 필요한 양과 비교하면, 이 방법은 바이러스 벡터를 약 ~1/140,000(배양 42일 차 기준)에서 ~1/600,000(배양 49일 차 기준) 수준만 사용했다.

실험실 시험에서 iNK와 CAR-iNK 세포는 모두 강력한 종양 살상 능력을 보였다. 사람 B세포 급성 림프구성 백혈병의 세포주 유래 이종이식(xenograft) 및 환자유래 이종이식 마우스 모델에서, CD19 CAR-iNK 세포는 종양 성장을 줄이고 동물의 생존을 연장했다.

별도로, Ribeirão Preto Blood Center와 Center for Cell-Based Therapy 연구자들은 2B4와 DAP12 같은 특정 공자극(costimulatory) 도메인을 포함하는 새로운 키메라 항원 수용체(chimeric antigen receptor, CAR) 설계를 시험했다. 이들 도메인은 CAR가 표적을 인지한 뒤 NK 세포가 공격을 얼마나 강하게 증폭할지 형성하는 내부 활성화 회로처럼 작동한다. NK-92 세포주를 사용한 결과, 변형된 세포는 종양세포를 더 효과적으로 사멸시켜 더 강한 항암 활성을 보였다. 결과는 Frontiers in Immunology에 게재됐다.

실험에서 2B4와 DAP12를 추가하면 세포가 더 공격적인 상태가 되도록 도와, ‘공격 준비(ready to attack)’ 상태에 가깝게 만들고 종양 파괴 능력을 향상시켰다. 연구자들은 또한 그 강력함을 관리하는 실용적 방법으로, dasatinib을 이용한 일시적 약리학적 조절을 탐색했다. 세포를 영구적으로 바꾸기보다는, dasatinib을 단기적으로 활성도를 조절하는 도구로 사용했다. 동물 모델에서 2B4-DAP12로 구축되고 dasatinib 전처리를 거친 CAR-NK 세포는 전통적 버전보다 더 나은 종양 조절을 달성했다.

제대혈 유래 NK 세포 연구는 중화인민공화국 Ministry of Science and Technology 및 National Natural Science Foundation of China를 비롯한 여러 재원으로 지원됐다. CTC는 FAPESP가 지원하는 Research, Innovation, and Dissemination Centers 가운데 하나다.