성균관대 박재형 교수팀, 암세포 '방어막' 엑소좀 골라 파괴 … 면역세포 침투 3배 껑충

성균관대학교는 화학공학부 박재형 교수 연구팀이 암세포가 주변 면역세포의 공격을 방해하려고 분비하는 물질인 ‘엑소좀(Exosome)’을 골라 파괴하는 새 나노의약품을 개발했다고 29일 밝혔다.

이번 연구 성과는 항암 면역 치료의 최대 걸림돌로 꼽히는 암세포의 방어·교란 체계를 허무는 획기적인 전략으로 주목된다.

엑소좀은 세포가 분비하는 나노 크기의 소포체로, 내부에 단백질·유전자 등의 물질을 담고 있다. 암세포가 분비하는 엑소좀은 면역세포 활성을 억제하고 종양 내부 조직을 딱딱하게 만드는 섬유화 현상을 일으킨다. 암세포를 면역세포의 공격으로부터 방어하는 일종의 방패 역할을 한다. 최신 항암제인 면역관문억제제(ICB)나 차세대 면역세포 치료제(ACT)의 효과를 떨어뜨리는 원인으로 지목돼 왔다.

연구팀은 정상 조직과 달리 산성을 띠는 종양의 특수한 환경에 주목했다. 종양 성장 환경에서만 선택적으로 활성화되는 ‘pH(산성도) 반응형 엑소좀 막 파괴 기술(ExoPERM)’을 개발했다. 이를 토대로 만든 펩타이드 나노의약품은 평소에는 생물학적 기능이 없지만, 종양 조직 내의 약산성(pH 6.5~6.8) 환경에 노출되면 물리화학적 변화를 일으켜 암세포가 내뿜은 엑소좀의 막을 파괴한다. 50~150나노미터(㎚, 1㎚는 10억분의 1m) 크기의 지질 이중막으로 둘러싸인 엑소좀은 곡률이 높아 표면이 동그랗고 심하게 휘어있는데 이번에 개발된 나노의약품은 여기에 잘 달라붙게 설계됐다. 정상 세포의 세포막 손상이나 세포 내 리소좀 파괴는 유발하지 않았다.

이 플랫폼은 엑소좀을 제거하면서 억제됐던 체내 면역 반응을 다시 깨워 면역치료 효과를 높이는 역할을 한다. 아울러 종양 내부 조직의 섬유화도 완화해 면역세포의 침투를 돕는다.

생쥐 흑색종·대장암 모델로 실험한 결과, 기존 면역관문억제제를 단독 투여했을 때보다 ExoPERM 플랫폼을 함께 사용할 경우 면역 T세포의 활성도가 1.8배 이상 증가했다. 차세대 치료법인 ACT와 병용했을 땐 종양 내부로 침투하는 T세포의 양이 3배 이상 증가하며 항종양 효능이 상승했다.

박 교수는 “종양 조직만을 정밀 타격해 면역 활성 상태로 전환시키는 이번 플랫폼은 난치성 암 치료의 새로운 대안이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 생화학과 분자생물학 분야의 최고 권위 학술지 ‘시그널 트랜스덕션 앤 타겟티드 테라피(Signal Transduction and Targeted Therapy·신호 전달과 표적 치료)’에 지난 28일 온라인 게재됐다. 성균관대 화학공학과 김찬호 박사, 한국생명공학연구원 고혜원 박사가 공동 제1저자, 성균관대 박재형 교수가 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 글로벌 리더연구, 범부처 재생의료기술개발사업단의 재생의료 원천기술개발사업, 차세대바이오 및 선도연구센터(ERC), 산업통상부의 이종기술융합형 사업의 지원을 받아 수행됐다.