바이오인

핵심내용

- 이식수술 아닌 간단한 주사방식, 면역세포 활성으로 암억제 효과 기대 -

□ 국내 신진연구자가 국제 공동연구로 3차원 구조의 백신 플랫폼을 개발하여 생체 내 면역세포를 키워 면역을 높일 수 있는 기술을 확보했다. 기존의 제어물질 이식수술 방식을 간단한 주사방식으로 획기적으로 개선함으로써 더욱 주목받고 있으며,
o 암이나 전염병 등 여러 질환에 관여하는 우리 몸의 면역세포를 제어하여, 향후 다양한 질병에 대한 백신개발 연구의 실마리가 될 것으로 기대된다.
o 성균관대 화학공학부 김재윤 교수와 미국 하버드대 비스연구소(Wyss Institute) 데이비드 무니(David Mooney) 교수가 주도한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 선도연구센터지원사업, 신진연구자지원사업의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 생명공학 분야 국제학술지 네이처 바이오테크놀로지(Nature Biotechnology)지 온라인판 12월 8일자에 게재되었다.
(논문명 : Injectable, spontaneously assembling, inorganic scaffolds modulate immune cells in vivo and increase vaccine efficacy )
□ 암치료에 있어서, 체내 면역세포들의 공격을 피하면서 성장하는 암세포에 대항해 우리 몸의 면역체계를 자극하는 면역치료법에 대한 연구가 최근 활발하다.
o 현재까지는 면역세포 제어가 가능한 펠렛 형태의 고분자 기반의 생체재료를 외과 수술을 통해 몸에 이식하려는 연구가 주목받고 있지만, 이식수술이 가능하지 않은 환경 또는 이식수술 자체가 어려운 환자의 경우에는 적용하기에 한계가 있었다.
□ 연구팀은 다공성 미세막대를 활용하여 복잡한 수술과정 없이 간단한 주사로 면역세포를 제어할 수 있는 3차원 백신을 개발했다.
o 개발된 3차원 백신 내에는 다공성 미세막대가 분산되어 있으며, 이 용액이 생체 내에 주입되면 미세막대들이 자발적으로 조립, 3차원 구조체를 이루면서 내부에 면역세포가 자리잡을 수 있는 공간을 만들게 된다.
o 만들어진 공간 내에는 다양한 기능성 약물을 탑재할 수 있는데, 면역세포를 유인(소환)할 수 있는 약물을 탑재하여 체내 미성숙된 면역세포를 불러 모으고, 면역세포를 성숙시킨다.
□ 생체 내에서 자가조립되는 3차원 구조체로 대량의 면역세포를 불러와 성숙시킴으로써, 면역활성을 크게 높이는 것이 동 성과의 핵심이다.
o 실제 생쥐모델에 개발된 3차원 백신을 접종한 후 암세포를 주입, 암세포의 성장을 관찰한 결과 암억제 효과가 나타났다는 설명이다.
□ 향후 안전성 평가와 임상실험 등 실용화를 위한 후속연구를 거쳐, 다양한 질환 관련 면역세포 제어 기술에 기여할 것으로 보인다.
o 김 교수는 “3D 백신은 간단히 주사할 수 있고 다양한 기능성 약물을 탑재할 수 있어 여러 전염병이나 암의 치료나 예방을 위한 백신플랫폼으로 널리 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

상세내용

연 구 결 과 개 요

 

1. 연구배경

2011년 노벨상 수상자인 고 스타인만 박사의 수지상세포(dendritic cells) 발견 이후, 수지상세포를 기반으로 한 암백신(cancer vaccine)에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.

하지만 수지상 세포 등을 이용한 세포기반 면역치료(cell-based immunotherapy)의 경우 오랜 기간의 체외 세포 배양(ex vivo cell culture)이 필수적인데 이는 시간과 비용이 많이 들고 인간유래세포 배양에 대한 규제가 높다는 한계점이 있다.

최근에 생분해성 고분자 기반의 다공성 생체소재를 이식하여 항원제시세포(antigen presenting cells)인 수지상세포를 생체 내에서 제어하는 연구가 진행되고 있지만, 대부분의 경우 외과적 수술을 통해 생체소재를 이식하는 시스템이기 때문에 수술 환경이 구축이 되어 있지 않거나 수술이 어려운 환자에 대해서는 적용하기가 힘든 어려움이 있다.

따라서 체외 세포 배양 없이 생체 내 수지상세포의 제어를 가능하게 하는 주사가능(injectable) 백신 플랫폼의 개발은 다양한 지역의 여러 질병 예방 및 치료를 위해 아주 중요하다고 할 수 있다.

 

2. 연구내용

본 연구는 외과적 수술이 아닌 다공성 미세막대를 간단히 피하에 주사함으로써(injecting), 미성숙 수지상세포를 대량으로 유인하여(recruiting), 성숙시켜 재교육시키는(reprogramming) 3차원 백신 (3D vaccine) 플랫폼의 개발에 관한 것이다.

수십 마이크로미터 길이의 다공성 미세막대(mespoorous silica microrods, MSRs) 분산액을 피하에 주사하면 분산용 식염수가 확산에 의해 주변 조직으로 빠져나가는 과정을 거쳐 피하주사 지점에서 다공성 미세막대들이 자발적인 조립(spontaneous assembly) 과정을 통해 3차원적인 구조체(3D scaffold)가 만들어지게 된다.

미세막대의 크기는 약 100 마이크로미터로 조립과정을 통해 형성된 3차원적 구조체의 미세막대 사이에는 수십 마이크로미터 크기의 3차원적인 공간이 생기게 되는데 이는 수 마이크로미터 크기의 작은 면역세포가 충분히 들어갈 수 있을 만한 공간을 제공할 수 있다.

또한 다공성 미세막대 내부에는 수 나노미터 크기의 기공이 있는데 이곳에 다양한 기능성 약물을 탑재할 수 있다. 수지상세포를 소환할 수 있는 약물(GM-CSF)을 나노기공에 탑재한 다공성 미세막대를 피하에 주사했을 경우 대량의 수지상세포를 미세막대의 조립을 통해 형성된 3차원 공간으로 유인할 수 있었다.

나아가 선천면역의 감지수용체와 특이 결합하여 세포내부로 면역신호의 전달을 유도하여 수지상세포를 성숙시킬 수 있는 약물 (CpG-ODN)과 모델 항원 단백질 (OVA)를 함께 탑재하여 피하에 주사하였을 경우, 재교육된 수지상 세포는 림프절로 돌아가서 강력한 적응면역반응(항원특이적 항체 생성 및 보조T림프구와 세포독성T림프구 반응)을 불러일으킬 수 있었다. 동물실험에서 3D 백신을 접종 후 암세포를 피하에 주입하여 암의 성장을 관찰한 결과 우수한 발암 억제력을 보여주었고 해당 실험동물의 생존율 또한 높일 수 있었다.

 

3. 기대효과

본 3D 백신의 경우 쉽고 빠르게 제작이 가능하며, 외과적 수술 과정이 없이 간단히 주사가 가능하다. 또한 다공성 실리카 미세막대 자체의 기공에 본 연구에서 제시한 약물 외에 여러 기능성 약물의 다양한 조합으로 탑재가 가능하다.

아직 연구개발 초기 단계이므로 아직 많은 연구가 더 필요하지만, 여러 전염병 및 암의 특성에 맞는 맟춤용 백신 제작을 위한 치료용 또는 예방용 백신 플랫폼으로 활용될 가능성이 있을 것으로 기대된다.

 

 

 연 구 결 과 문 답

이번 성과 뭐가 다른가		주사가능한 간단한 시스템을 통해 체외세포 배양과정 없이 생체 내에서 면역세포를 제어
어디에 쓸 수 있나		암이나 전염병 등 다양한 질병의 치료 및 예방용 백신 제작
실용화까지 필요한 시간은		현재로서는 가늠하기 힘듦
실용화를 위한 과제는		안정성 평가 및 임상실험 통과 필수
연구를 시작한 계기는		미국 하버드대 Wyss Institute에서 생체소재를 이용한 면역치료 분야의 연구를 접하고 관련 연구를 시작함
에피소드가 있다면		성냥이나 통나무를 불규칙적으로 쌓을 때 생기는 3차원적인 공간에 벌레나 동물이 살 수 있다는 것에 착안해길이를 좀 더 줄여 세포가 살 수 있게 하자는 아이디어에서 시작함
꼭 이루고 싶은 목표는		질병 치료에 실제 도움이 될 수 있는 연구를 진행하고 싶습니다.
신진연구자를 위한 한마디		저 포함 여러 신진 연구자분들 모두 힘냈으면 합니다!