기존 CAR-T(환자 면역세포 유전자를 조작해 암세포를 공격하도록 만든 세포치료 기술) 치료는 정상세포까지 손상시키는 부작용 위험이 있다. 이런 가운데, 한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 빛, 화학 자극이 있을 때만 작동하는 스위치형 '스마트 항체' 기술을 개발, 면역세포 정밀 제어의 길을 열었다.
KAIST는 허원도 생명과학과 석좌교수팀이 빛·화학 자극으로 세포 밖 항원 인식을 제어하는 '엑스트라바디' 플랫폼을 개발했다고 27일 밝혔다.
이번 연구 핵심은 항체를 두 조각으로 분리해, 외부 자극이 있을 때만 재결합하도록 설계했다는 점이다. 보통 항체는 생성되자마자 항원에 결합하지만, 연구팀은 빛·화학물질이 존재할 때만 두 항체 조각이 재결합해 항원을 인식하도록 구현했다.
필요한 순간에만 선택적으로 작동하는 '온 디맨드(on-demand) 항체 플랫폼'을 구현한 것이다. 빛, 화학물질에 반응하는 시스템을 각각 구축했으며, 형광 단백질뿐 아니라 암세포 표면에 많이 발현되는 상피세포 성장인자 수용체(EGFR)·인간 상피세포 성장인자 수용체2(HER2) 단백질에도 적용 가능했다.
실험 결과, 외부 자극이 있을 때만 항원 결합이 선택적으로 활성화됐으며, 다양한 항체 구조에서도 동일한 원리가 작동했다. 이는 엑스트라바디가 여러 표적과 항체 형태에 적용 가능한 모듈형 플랫폼임을 보여준다.
또 연구팀은 엑스트라바디가 단순 항원 인식을 넘어 세포 간 상호작용까지 조절할 수 있음을 확인했다. 특히 항원이 세포 내부로 전달되는 과정도 관찰돼, 향후 세포 간 정보 전달 연구에도 활용 가능성을 보였다.
연구팀은 나아가 엑스트라바디를 합성수용체(특정 신호를 받을 때만 세포 반응을 유도하도록 설계한 합성 생물학 기술) 및 CAR 시스템(면역세포가 특정 암세포를 인식·공격하도록 설계한 기술)에 적용했다. 그 결과 빛과 항원이 동시에 존재할 때만 세포 내부 신호가 활성화되는 '이중 잠금장치'가 구현됐다.
이를 통해 유전자 발현, 사이토카인(면역세포 간 신호 전달에 사용되는 단백질) 분비, 면역세포 활성화 등을 정밀하게 제어할 수 있었으며, 실제 T세포 실험에서는 빛 자극이 있을 때만 암세포를 선택적으로 공격하는 현상도 확인됐다.
연구팀은 이번 기술이 기존 CAR-T 세포치료에서 문제로 지적돼 온 비의도적 면역 활성화와 부작용을 줄일 수 있는 새로운 전략이 될 것으로 기대하고 있다.
허원도 석좌교수는 “이번 연구는 외부 자극을 이용해 세포 표적 인식을 원하는 시점과 위치에서 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 플랫폼 기술”이라며 “향후 차세대 면역치료와 세포 기반 치료 기술의 안전성과 정밀도를 높이는 핵심 기반 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
권유리·유다슬이 KAIST 생명과학과 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 셀 케미컬 바이올로지 온라인판에 지난 7일 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
