지질 나노입자 유전자 편집, 실험실 시험서 정상 CFTR 기능 최대 100% 회복

연구진이 비바이러스성 유전자 편집 전략을 개발해 지질 나노입자를 이용, 사람 기도 세포에 CFTR 유전자의 완전하고 정상적인 사본을 삽입했다. 실험실 시험에서 이 치료법은 약 3%~4%의 세포에 정상 CFTR 유전자를 삽입했고, 세포 집단 전반에서 **정상 CFTR 채널 기능의 88%~100%**를 회복했다.

Advanced Functional Materials에 게재된 이번 연구는 지질 나노입자가 유전자 편집 기계의 3가지 구성 요소를 운반하도록 설계될 수 있음을 보여줬다. 즉, DNA를 정확한 위치에서 절단하는 CRISPR, 올바른 유전체 표적 부위를 겨냥하는 가이드 분자, 그리고 완전한 기능성 CFTR 유전자 사본을 암호화한 DNA 주형이다. 연구진은 이 모든 것을 단일 입자에 담는 것, 특히 CFTR처럼 큰 유전자를 담는 것은 이전에는 입증된 적이 없었다고 밝혔다.

연구진은 기존 약물에 반응하지 않는 중증 낭포성 섬유증 돌연변이를 지닌 실험실 배양 인간 기도 세포에서 이 시스템을 시험했다. 대체 CFTR 유전자는 세포 안으로 들어간 뒤 단백질 생산을 극대화하도록 설계됐으며, 그 결과 교정된 세포 수가 적더라도 큰 효과를 낼 수 있었다.

낭포성 섬유증은 기도 세포 표면을 가로질러 염화물과 물의 이동을 돕는 채널을 암호화하는 CFTR 유전자의 돌연변이로 인해 발생한다. CFTR 조절제가 많은 낭포성 섬유증 환자의 치료를 크게 바꿔 놓았지만, 약 10%의 환자는 CFTR 단백질을 거의 또는 전혀 생성하지 않아 이들 약물이 작용할 표적 자체가 없다.

낭포성 섬유증과 관련된 돌연변이가 1,700개 이상이기 때문에, 연구팀은 돌연변이 종류와 무관하게 적용할 수 있는 보편적 유전자 치료법 개발을 목표로 했다. 치료용 유전자를 유전체에 직접 삽입함으로써, 이 전략은 추가 투여 없이도 세포가 시간이 지나면서 기능하는 CFTR 단백질을 계속 생산하게 할 수 있을 것으로 보인다.

연구진은 다음 과제로 폐의 보호막 깊숙이 위치해 폐 조직을 지속적으로 재생·복구하는 기도 줄기세포에 치료제를 전달하는 일을 꼽았다. 또한 낭포성 섬유증의 특징인 기도 내 점도가 높은 점액도 이러한 세포에 도달하는 데 또 다른 장애물이라고 지적했다.