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(왼쪽부터) 김연주·심지연·이예림·하유정 학생.

화공생명공학부 임광일 교수 연구팀이 체내 면역세포에 안전하고 정밀하게 유전자를 전달할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이번 연구는 기존 유전자‧세포‧면역 치료제 개발과 생산 과정의 복잡성을 줄이고, 암 면역치료를 포함한 다양한 질병 치료로 확장 적용될 가능성을 제시했다. 

이번 연구는 성균관대 김재윤 교수 연구팀과의 공동 연구로 수행됐으며, 제1저자 김연주 학생을 비롯해 심지연·이예림·하유정 박사과정 학생이 참여했다. 연구 성과는 세계적 학술지 Advanced Materials(IF: 26.8)에 발표됐다.

연구팀에 따르면 유전자‧세포‧면역 치료제 구축에 널리 사용되는 렌티바이러스 벡터는 강력하고 지속적인 유전자 발현을 유도할 수 있다는 장점이 있지만, 체내에 투여할 경우 원치 않는 세포 유전체에 유전자가 삽입돼 발현 교란을 일으키는 위험성 때문에 활용에 제약이 있다. 이에 따라 현재 렌티바이러스 벡터는 환자의 세포를 체외에서 엔지니어링 하는 데 적용되고 있다. 

이번 연구는 유전자 전달이 일어나는 공간을 체내에서 물리적으로 제한하는 새로운 접근법을 제시했다. 연구팀은 다공성 실리카 기반의 '주사형 스캐폴드'를 개발하고, 여기에 면역세포 유도 인자와 렌티바이러스 벡터를 동시에 탑재했다. 

이 스캐폴드는 체내에 주입되면 3차원 구조로 자가 조립되며, 주변에서 면역 반응을 유도하는 수지상세포(dendritic cell)를 끌어들인 뒤 해당 공간 내에서만 유전자 전달이 이뤄지도록 설계됐다. 그 결과 렌티바이러스 벡터의 전신 확산을 최소화하면서, 특정 면역세포에 선택적으로 유전자를 전달할 수 있게 됐다. 또한 사용된 벡터는 유전자 발현을 효과적으로 유도할 수 있도록 유전공학적 설계에 따라 구축됐다.

 면역세포로의 암항원 유전자 전달을 통한 흑색종 치료 효과 

연구팀이 이 플랫폼을 활용해 종양 항원을 유전자 형태로 전달한 결과, 항원 특이적인 CD8⁺ T 세포 반응이 크게 증가하고 장기 면역을 담당하는 기억 T 세포(effector memory T 세포)가 효과적으로 형성되는 것도 확인했다. 특히 피부암의 일종인 흑색종 동물 모델에서는 종양 성장 억제뿐 아니라 예방 효과까지 나타났고, 면역관문억제제(PD-1 항체)와 병용했을 때 치료 효과가 더욱 향상됐다. 폐 전이 모델에서도 종양 억제와 면역 환경 개선이 동시에 관찰돼, 실제 임상 적용 가능성을 뒷받침했다. 

이번 기술은 암 면역치료를 넘어 감염병, 자가면역 질환 치료, 재생의학 등 다양한 분야로 확장 적용될 것으로 기대된다. 임광일 교수는 "체외 조작 없이 체내에서 직접 면역세포를 유전적으로 프로그래밍할 수 있는 기술을 제시한 것이 이번 연구의 가장 큰 의미"라며 "기존 세포치료 방식의 복잡성과 비용 문제를 줄이고, 더욱 신속하고 범용적인 치료 전략으로 확장될 가능성을 보여준다"고 밝혔다.