고형암 치료에 탁월한 나노입자 항암 백신 개발

국내 연구진이 췌장암, 대장암 등 고형암을 포함한 암 치료에 범용적으로 활용할 수 있는 새로운 나노입자 백신을 개발했다.

한국보건산업진흥원(원장 차순도, 이하 진흥원)은 KAIST 생명과학과 전상용 교수와 신호철 박사과정 및 김유진 박사가 암 연관 섬유아세포를 표적으로 하여 다양한 암종에서 효능을 보이는 항암 치료용 나노백신(나노입자의 형태로 인체에 전달하는 백신)개발에 성공했다고 밝혔다.

암 연관 섬유아세포(cancer-associated fibroblasts, CAFs)란 면역저해 환경을 조성하여 암의 성장과 전이에 핵심 역할을 수행하는 세포를 말한다.

종양미세환경(tumor microenvironment, TME)란 암세포를 제외하고 종양을 이루는 기질 세포, 면역 세포, 혈관 세포 등 다양한 세포와 동시에 이들이 분비하는 화학물질들을 총괄하여 부르는 개념이다.

이러한 종양미세환경(tumor microenvironment, TME)은 항암제들의 효능을 제대로 발휘되지 못하게 하는 큰 장벽 중 하나다. 암 연관 섬유아세포(CAFs)는 이러한 종양미세환경을 형성하는 대표적인 세포로서, 면역저해환경을 조성하여 암의 성장과 전이에 핵심적인 역할을 한다. 따라서, CAFs를 표적하여 제거하는 전략은 암을 치료하는 좋은 접근이 될 수 있다.

KAIST 연구팀은 CAFs에서 발현하는 대표적인 단백질인 fibroblast activation protein alpha(이하 FAP)에 대해 T세포 면역반응을 일으켜서 CAFs를 효과적으로 제거할 수 있는 나노백신을 개발했다.

연구팀은 컴퓨터의 프로그램을 통한 가상실험 모델인 인실리코(in silico) 모델을 이용해 FAP 단백질에 대한 펩타이드 항원들을 예측했고, 이후 예측된 펩타이드 항원들을 지질나노입자에 도입하여 나노백신 형태로 합성 제조하는데 성공했다.

연구팀은 개발한 CAFs 표적 나노백신이 생쥐 췌장암 및 대장암 모델에서 암 성장을 효과적으로 억제하는 것을 확인했다. 또한, 해당 나노백신은 암이 폐로 전이되는 것도 효과적으로 억제할 수 있었다.

나아가, 저분자 항암제인 독소루비신(DNA 염기쌍 사이에 삽입되어 DNA의 복제를 막는 기작으로 사용되는 저분자 항암제)과 병용 투여 시 항암 효능이 향상되었으며 연구진이 개발한 CAFs 나노백신이 항암제의 종양 내 투과를 증가시키는데 활용될 수 있음을 입증했다.

KAIST 생명과학과 전상용 교수는 “본 연구에서 개발한 CAFs 표적 나노백신은 대부분의 암에 적용할 수 있는 범용 항암 나노백신이며, 특히 CAFs에 의해 만들어진 촘촘한 세포외기질로 인해 항암이 제한적이었던 암종의 항암제 투과율 및 치료 효능을 대폭 높일 수 있을 것”이라고 설명했다.

세포외기질(extra cellular matrix, ECM)은 세포가 붙어서 살아가기 위하여 분비하는 생체고분자 집합체로, 세포 사이의 틈을 물리적으로 메워주는 역할을 한다.

전 교수는 또한, “CAFs 표적 펩타이드 및 나노백신은 단독 치료용 항암 백신으로 사용이 가능할 뿐만 아니라, 기존 항암제와의 병용요법에도 적용이 가능하며 그 활용범위가 높은 기술이다. 본 기술에 대한 특허출원을 마쳤고 추후 개발을 통해 백신의약품으로 개발된다면 경제적 파급력도 클 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

이번 연구는  나노분야 세계적 권위지인 ACS Nano에 5월 15일 게재되었다.