암세포가 스스로 ‘위험 신호’…생쥐 종양 부담 70~80% 감소

KAIST 김유천 교수팀, 나선형 폴리펩타이드 나노입자 개발

PD-L1 제거 유전자 실어 투여…세포독성 T세포 침투 늘어

흑색종·대장암 동물실험서 확인…전임상 안전성 검증 남아

나선형 나도입자 이미지 ⓒKAIST

암세포가 죽으면서 스스로 위험 신호를 내보내게 하고, 유전자 치료제까지 세포 안에 전달하는 나선형 나노입자가 개발됐다. 생쥐 흑색종·대장암 모델에 적용한 결과 종양 부담이 70~80% 줄었지만, 아직 동물실험 단계로 임상 적용 전 전임상 안전성 검증이 남아 있다.

KAIST는 김유천 생명화학공학과 교수 연구팀이 ‘나선형 폴리펩타이드 나노입자’ 플랫폼을 개발했다고 28일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘바이오머터리얼즈’에 지난 5월 28일 온라인 게재됐다.

암세포는 정상 세포처럼 위장해 면역세포의 감시를 피한다. 연구팀은 암세포에 스트레스를 가해 면역세포가 암을 적으로 인식하게 하는 ‘면역원성 세포사멸’과 유전자 전달을 나노입자 하나로 구현했다.

연구팀이 여러 나노입자를 비교한 결과, 세포막과 결합하는 4차 아민과 나선형 구조를 함께 갖춘 입자만 암세포막을 통과했다. 화학 성분이 같아도 나선형으로 감기지 않은 입자는 세포 안에 거의 들어가지 못했고 면역반응도 일으키지 않았다.

나선형 입자는 암세포 안으로 들어가 미토콘드리아와 소포체 등 세포 소기관의 막을 교란한다. 스트레스를 받은 암세포가 죽으면서 손상 연관 분자 패턴(DAMPs)을 방출하면 면역세포가 이를 위험 신호로 감지해 공격을 시작한다.

연구팀은 나노입자에 유전자와 강하게 결합하는 구아니디늄을 넣어 혈액 속 안정성과 유전자 운반 능력도 높였다. 메신저 리보핵산(mRNA), 작은 간섭 리보핵산(siRNA), 유전자 가위 플라스미드 등 여러 유전 물질을 세포질까지 전달할 수 있도록 설계했다.

흑색종과 대장암 생쥐 모델에는 암세포의 면역 회피 단백질인 PD-L1을 제거하는 플라스미드를 나노입자에 실어 국소 투여했다. 종양 부담은 70~80% 감소했고, 암세포를 공격하는 세포독성 T세포의 종양 내부 침투도 증가했다.

연구팀은 앞으로 나노입자의 종양 심부 침투 능력을 분석하고 대량생산 공정과 전임상 안전성 검증을 진행할 계획이다.

김유천 교수는 “이번 연구는 나노소재가 단순히 치료제를 전달하는 것을 넘어 암세포가 스스로 면역반응을 일으키도록 만드는 새로운 항암 플랫폼을 제시했다”며 “면역항암과 유전자 치료를 결합한 차세대 치료기술 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.