KAIST, 면역항암·유전자치료 동시 구현 ‘나선형 나노입자’ 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 암세포가 면역세포의 감시를 피해 숨는 회피 기전을 무력화하고, 나노소재의 입체 구조를 통해 면역 자극 신호 방출과 유전자 치료제 전달을 동시에 달성하는 차세대 항암 플랫폼을 세계 최초로 제시했다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 김유천 교수 연구팀이 암세포 내부에 극심한 스트레스를 가해 면역원성 세포사멸을 유도하고 다양한 유전자 치료제를 세포 안으로 전달하는 ‘나선형 폴리펩타이드 나노입자(QAGP)’ 플랫폼을 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 나노소재의 성분뿐만 아니라 스크류 형태의 입체적 ‘2차 나선형 구조’가 면역 활성화의 핵심 물리적 열쇠임을 규명했다.

양전하를 띠는 4차 아민과 나선형 입체 구조가 정교하게 조화를 이룰 때, 나사처럼 암세포막을 투과해 미토콘드리아와 소포체 등 내부 소기관을 교란하게 된다. 반면 나선형 구조가 풀린 라세미 대조군 고분자는 세포 침투 및 면역 유도 효과가 미비했다.

이 과정에서 극심한 스트레스를 받은 암세포는 죽어가면서 손상 연관 분자 패턴(DAMPs)이라는 구조 신호를 방출하며 면역세포가 암세포를 적점으로 인식해 공격하도록 유도한다.

개발된 나선형 나노입자는 단순 면역 유도를 넘어 mRNA, siRNA 등 불안정한 유전자 치료제를 안정한 상태로 실어 나르는 약물 운반체 역할을 완벽히 수행한다.

연구팀은 구아니디늄 작용기를 최적 비율로 도입하는 분자 엔지니어링을 통해 생체 내 전하 독성은 최소화하면서 혈액 내 안정성과 엔도좀 탈출 효율을 극대화했다.

연구팀이 흑색종 및 대장암 생쥐 모델에 면역 회피 단백질인 PD-L1을 억제하는 siRNA를 나선형 나노입자에 탑재해 투여한 결과, 유의미한 급성 간·신장 독성 없이 종양 성장이 70~80% 억제되었으며 세포독성 T세포의 종양 내부 침투가 크게 증가했다.

김유천 교수는 “나노소재의 나선형 구조 자체가 암세포 스스로 면역반응을 일으키도록 만드는 핵심 요소임을 밝혔다는 점에서 의미가 크다”며 “면역항암제에 반응하지 않던 '차가운 종양'을 T세포가 활발히 침투하는 '뜨거운 종양'으로 바꾸는 정밀 면역 프라이밍 주사제 및 차세대 비바이러스성 유전자 전달체 플랫폼으로 활용될 것”이라고 설명했다.