[쿠키과학] KAIST, 빛으로 암세포만 골라 공격하는 ‘스마트 항체’ 개발

KAIST가 빛이나 화학 자극이 있을 때만 작동하는 ‘스마트 항체’ 기술을 개발했다. 이 기술은 면역세포가 암세포를 무차별적으로 공격하는 기존 CAR-T 치료의 부작용을 줄이고 원하는 시간과 위치에서만 암세포를 정밀 공격할 수 있는 차세대 면역치료 전략으로 기대받고 있다.

KAIST 생명과학과 허원도 교수팀은 외부 자극에 따라 항원 인식을 켜고 끌 수 있는 항체 플랫폼 ‘엑스트라바디(Extrabody)’를 개발했다.

기존 CAR-T 치료는 환자의 면역세포를 유전적으로 조작해 암세포를 공격하는 방식으로, 면역세포가 표적을 인식하는 순간 즉시 공격을 시작해 암세포와 비슷한 단백질을 가진 정상세포까지 손상시킬 위험이 있다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘항체 스위치’ 개념을 도입했다.

한 항체를 두 조각으로 나누고 빛이나 특정 화학물질이 있을 때만 다시 결합하도록 설계, 외부 자극이 없으면 항체가 표적을 인식하지 못하고 자극이 가해질 때만 항원을 인식하는 구조다.

이는 원하는 시간과 위치에서만 항체 기능을 활성화하는 ‘온디맨드 항체 플랫폼’으로, 종양 부위에 빛을 조사하면 그 위치에서만 면역세포가 활성화된다.

연구팀은 빛 반응형 시스템과 화학 반응형 시스템을 각각 구현했다.

아울러 암세포 표면에 많이 존재하는 EGFR, HER2 단백질에도 기술을 적용해 실제 암 표적 환경에서도 작동 가능성을 확인했다.

실험결과 외부 자극이 있을 때만 항원 결합이 선택적으로 활성화됐다.

또 항체 구조를 바꿔도 같은 원리가 유지됐다.

이를 통해 연구팀은 엑스트라바디가 특정 항체 하나에 제한되지 않는 ‘모듈형 플랫폼’임을 입증했다.

이번 연구는 단순히 항원을 인식하는 수준을 넘어 세포 간 상호작용까지 조절해 큰 의미를 갖는다.

연구팀은 빛 자극이 있을 때만 세포끼리 접촉하고 항원을 전달하는 현상을 관찰했다.

이와 함께 항원이 세포 내부로 이동하는 과정도 확인, 이 기술이 향후 세포 간 정보 전달 메커니즘 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대했다.

특히 엑스트라바디를 차세대 합성면역 시스템인 synNotch와 CAR-T 시스템에 적용한 결과 빛과 항원이 동시에 존재할 때만 세포 내부 신호가 활성화되는 ‘이중 잠금장치’ 구조를 구현했다.

이 방식은 두 조건이 동시에 충족될 때만 면역반응이 작동한다.

연구팀은 이를 활용해 유전자 발현, 사이토카인 분비, 면역세포 활성화를 정밀하게 조절, T세포 실험에서 빛을 비춘 경우에만 암세포를 선택적으로 사멸시키는 것을 확인했다.

연구팀은 이번 기술이 기존 CAR-T 치료의 대표적 부작용인 비의도적 면역 활성화를 줄일 것으로 기대하고 있다.

허 교수는 “이번 연구는 세포 표적 인식을 원하는 시점과 위치에서 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 플랫폼 기술”이라며 “차세대 면역치료와 세포 기반 치료 기술의 안전성과 정밀도를 높이는 핵심 기반 기술이 될 수 있다”고 설명했다.

공동 제1저자로 참여한 권유리 박사는 “기존 항체 시스템은 생성되는 순간부터 계속 활성화되는 구조였지만, 엑스트라바디는 외부 자극이 있을 때만 작동한다는 점이 가장 큰 차별점”이라며 “항원 인식 자체를 스위치처럼 제어했다는 데 의미가 있다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 KAIST 생명과학과 권유리 박사와 유다슬이 박사가 공동 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난 7일 국제학술지 ‘셀 케미컬 바이올로지(Cell Chemical Biology)’ 온라인에 게재됐다.
(논문명: An extracellular, optogenetic antibody platform for stimulus-gated antigen recognition and modulation of cell behavior)

이재형 기자 jh@kukinews.com