좌측부터: 이원종 교수, 강수진 박사, 백기찬 학생, 주수운 학생, 김건희 학생, 곽성진 학생

- 엑소좀으로 암세포와 NK면역세포를 연결하는 동시에, 암을 돕던 주변 대식세포까지 공격 모드로 되돌려 항암력 극대화 -

인천대학교(총장 이인재) 연구팀이 유방암 세포와 NK면역세포를 엑소좀으로 직접 이어 붙이는 동시에, 암 주변에서 오히려 암을 돕던 면역세포까지 공격형으로 되돌리는 새로운 면역항암 전략을 제시했다. 

연구팀은 공격형(M1형) 대식세포 유래 엑소좀에 두 종류의 결합 물질을 붙여, 하나의 엑소좀이 '암세포-NK세포 연결'과 '대식세포 재교육'이라는 두 가지 항암 기능을 동시에 수행하도록 설계했다.

최근 면역세포를 활용해 암을 공격하는 면역항암 치료가 주목받고 있지만, 유방암을 비롯한 여러 고형암은 암세포 주변에 면역을 억제하는 환경(종양미세환경)을 만들어 치료 효과를 떨어뜨리는 것으로 알려져 있다. 특히 종양 주변에는 원래 몸을 지켜야 할 면역세포가 오히려 암세포 편에 서서 성장을 돕는 경우가 많아, 면역세포를 암 조직 안으로 끌어들이고 그 기능을 되살리는 기술이 필요했다.

이중 표적 엑소좀은 두 가지 방식으로 항암 면역을 강화한다. 첫째, 엑소좀 표면의 두 리간드가 각각 암세포와 NK세포에 동시에 결합해 두 세포를 물리적으로 가깝게 위치시키는 '연결 다리' 역할을 한다. 이를 통해 NK세포는 암세포를 더 쉽게 인식하고 공격할 수 있게 된다. 둘째, 이 엑소좀은 종양 주변에서 암을 돕던 M2형 대식세포(암 성장을 돕는 면역억제형)에도 작용해, 이를 M1형 대식세포(공격형)로 되돌리는 '재분극' 효과를 낸다. 그 결과 원래 암을 방관하거나 돕던 주변 면역세포까지 항암 공격에 가담하게 되면서, 종양미세환경 전체가 공격에 유리한 방향으로 재편된다.

연구팀은 유방암 세포 및 동물모델을 이용한 실험을 통해 이중 표적 엑소좀이 단일 기능의 엑소좀보다 종양미세환경을 효과적으로 재편하고 NK세포 매개 항암 면역반응을 유의미하게 높인다는 것을 확인했다. 암세포-면역세포 연결과 대식세포 재교육이라는 두 기전이 함께 작동하면서, 암을 직접 공격하는 힘과 주변 면역환경을 바꾸는 힘을 동시에 확보했다는 점에서 의미가 있다는 평가다.

연구를 이끈 인천대학교 이원종 교수(생명공학전공)는“이번 연구는 암세포와 면역세포를 직접 연결하는 것에서 나아가, 암을 돕던 주변 면역세포까지 공격형으로 되돌릴 수 있음을 보여준 데 의미가 있다”고 강조했다. 그는 또한 “하나의 엑소좀으로 두 가지 항암 전략을 동시에 구현했다는 점에서, 향후 유방암을 포함한 난치성 고형암 치료제 개발에 새로운 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대한다”고 전망했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 Journal of Extracellular Vesicles (IF=21.7, JCR 상위 5.6%)에 발표되었다. 본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구실(BRL) 사업 및 중견연구 지원사업의 일환으로 수행되었다. 이원종 교수가 교신저자로, 공동제1저자로 인천대학교 강수진 박사, 백기찬 학생이, 공동저자로 주수운, 김건희, 곽성진 학생이 참여했다.

인천대 연구팀이 개발한 '이중 표적 엑소좀'의 작동 원리. 공격형 대식세포에서 얻은 엑소좀 표면에 암세포와 NK세포에 각각 달라붙는 물질을 붙여 두 세포를 가깝게 연결하고(①), 종양 주변의 면역환경을 공격 모드로 바꿔(②), NK세포가 암세포를 효과적으로 제거하도록 돕는다(③). 

(원본 그림 출처:https://doi.org/10.1002/jev2.70379)